باتری‌های لیتیوم-سولفور با الیاف کولار می‌توانند 5 برابر لیتیوم-یون ظرفیت داشته باشند

با توجه به توانایی باتری‌های لیتیوم-سولفور در ذخیره‌سازی ۵ برابری انرژی نسبت به باتری های لیتیوم-یون امیدواری زیادی به این فناوری وجود دارد. به‌تازگی گروهی از محققان توانسته‌اند با الیاف «کولار» (Kevlar) مشکل پایدار این باتری‌ها را برطرف کنند و طراحی تقریبا بی‌نقصی بسازند که بتواند بیش از هزار سیکل را پشت سر بگذارد.

پژوهشگران دانشمند میشیگان آمریکا با نانوالیاف آرامید که نسخه نانوی الیاف کولار است به سراغ حل مشکل تولید باتری های لیتیوم-سولفور رفتند. آن‌ها این الیاف را به دقت به شکل شبکه‌هایی درآوردند که شبیه ساختار پوسته سلولی است. این ماده همراه با نوعی ژل الکترولیتی استفاده می‌شود تا از به وجود آمدن دندانه در الکترودها جلوگیری کند.

زمانی که باتری‌های لیتیوم-سولفور شارژ و دشارژ می‌شوند، ذرات کوچک لیتیوم و سولفور موسوم به پلی‌سولفید لیتیوم وارد لیتیوم شده و ظرفیت باتری را دچار مشکل می‌کنند. محققان در پوسته‌های مصنوعی با ایجاد کانال‌های ریزی که از ساختارهای زیستی الهام گرفته شده، در کنار افزودن شارژ الکتریکی این مشکل را حل کردند.

باتری های لیتیوم-سولفور با الیاف کولار پایدار خواهند بود
«احمد امره» از نویسندگان اصلی این تحقیق می‌گوید: «ما با الهام از کانال‌های یونیِ زیستی، بزرگراه‌هایی برای یون‌های لیتیوم ایجاد کردیم تا پلی‌سولفید لیتیوم امکان عبور نداشته باشند.» «نیکولاس کوتوف» رهبر پروژه نیز مدعی است که آن‌ها با این طراحی به راندمانی در حد آستانه‌های تئوری دست پیدا کردند و در عین حال ظرفیت باتری را به ۵ برابر باتری‌های لیتیوم-یون رساندند.

دانشمندان انتظار دارند که باتری آن‌ها در شرایط دنیای واقعی و با استفاده از شارژ سریع بتواند حدود ۱۰۰۰ سیکل، معادل ۱۰ سال دوام بیاورد. به‌علاوه، مزیت استفاده از سولفور فراوانی این ماده است که نسبت به کبالتِ مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم-یونی راحت‌تر در دسترس قرار دارد. کوتوف می‌گوید:

«مهندسی این باتری‌ها با الهام از ساختارهای زیستی به ترکیب دو مقیاس مولکولی و نانو منجر شد. ما برای اولین بار گزینش یونیِ پوسته‌های سلولی را با سختی غضروفی ترکیب کردیم. این سیستم یکپارچه به ما اجازه داد تا بر چالش‌های اصلی باتری‌های لیتیوم-سولفور غلبه کنیم.»