به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، محققان دانشگاه علم و فناوری هنگ کونگ (HKUST) موفق به توسعه یک روش نوآورانه برای چاپ لیزری تک‌مرحله‌ای شده‌اند که تولید باتری‌های لیتیوم-گوگرد را به طور چشم‌گیری سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌کند.
این فناوری که توسط تیم تحقیقاتی پروفسور میچ لی گوی‌جون (Mitch LI Guijun)، استادیار بخش سیستم‌ها و طراحی یکپارچه HKUST، توسعه پیدا کرده است، دو مرحله زمان‌بر سنتز مواد فعال و آماده‌سازی کاتد را در یک فرایند تبدیل القای لیزری در مقیاس نانوثانیه ادغام می‌کند، این پیشرفت قرار است آینده تولید صنعتی دستگاه‌های قابل چاپ ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی را متحول کند، نتایج این مطالعه به‌تازگی در مجله برتر Nature Communications منتشر شده است.
باتری‌های لیتیوم-گوگرد به دلیل چگالی انرژی بالای نظری کاتد گوگرد، انتظار می‌رود جایگزین باتری‌های لیتیوم-یون فعلی شوند، برای تضمین تبدیل سریع گونه‌های گوگرد، این کاتدها به‌طورمعمول شامل مواد فعال، مواد میزبان (یا کاتالیزورها) و مواد رسانا هستند، با این حال، فرآیندهای سنتی تولید مواد میزبان و آماده‌سازی کاتد گوگرد، پیچیده، چندمرحله‌ای و کاربردی هستند و شرایط مختلف دما و محیط را می‌طلبد که این موضوع منجر به نگرانی‌هایی درباره کارایی و هزینه تولید صنعتی می‌شود.
برای غلبه بر این چالش‌ها، تیم پروفسور لی یک روش نوآورانه چاپ لیزری تک‌مرحله‌ای برای ساخت سریع کاتد گوگرد یکپارچه توسعه داده است، در این فرایند پرتو لیزری با سرعت بالا، مواد پیش‌ساز فعال می‌شوند و ذراتی از جمله نانولوله‌های هیبریدی بر پایه هاللوسیت (مواد میزبان)، گونه‌های گوگرد (مواد فعال) و کربن متخلخل مشتق شده از گلوکز (جز رسانا) تولید می‌کنند، این مخلوط روی پارچه کربنی چاپ می‌شود و تشکیل کاتد گوگرد یکپارچه می‌دهد، کاتدهای چاپ شده با لیزر در سلول‌های لیتیوم-گوگرد سکه‌ای و پاکتی عملکرد برجسته‌ای از خود نشان می‌دهند.
پروفسور لی توضیح داد: فرایندهای سنتی ساخت کاتد / آند در باتری‌های یونی به طور معمول شامل سنتز مواد فعال، آماده‌سازی خمیر مخلوط و مونتاژ کاتد / آند است که این مراحل به طور جداگانه و تحت شرایط مختلف دما و محیط انجام می‌شوند، در نتیجه، کل فرآیند ممکن است ده‌ها ساعت یا حتی چند روز طول بکشد.
وی ادامه داد: فناوری تبدیل القای لیزری که به‌تازگی توسعه داده‌ایم، راهی برای ترکیب این مراحل در یک مرحله و با سرعت نانوثانیه‌ای ارائه می‌دهد، سرعت چاپ با استفاده از یک پرتو لیزری به حدود دو سانتی‌متر مربع در دقیقه می‌رسد، یک کاتد گوگرد با ابعاد ۷۵ × ۴۵ میلی‌متر مربع می‌تواند در عرض ۲۰ دقیقه چاپ شود و در یک سلول پاکتی لیتیوم-گوگرد مونتاژ شود که می‌تواند برای چندین ساعت توان یک صفحه نمایش کوچک را تأمین کند.
یانگ رونگلیانگ، نویسنده اول این مطالعه و پسادکترای سابق HKUST، افزود: این یافته‌های جذاب از مطالعه تعامل لیزر-مواد ناشی شده‌اند، فرایند تبدیل القای لیزری می‌تواند به عنوان یک پدیده حرارتی فوق‌تمرکز شناخته شود، مواد تحت تابش دچار فرایند پیچیده گرمایش و سرمایش موقت می‌شوند که دمای نظری آن به هزاران درجه کلوین می‌رسد، مواد پیش‌ساز تجزیه شده و ذرات تجزیه‌شده دوباره ترکیب می‌شوند تا مواد جدید تشکیل شوند.
این فرایند حرارتی فوق‌تمرکز نه تنها امکان تشکیل و ترکیب مواد با خواص متفاوت را فراهم می‌کند، بلکه موجب انفجارهای میکروسکوپی می‌شود که به انتقال و پرتاب ذرات تشکیل‌شده کمک می‌کند، این پژوهش با حمایت مالی کمیسیون نوآوری و فناوری هنگ کونگ (ITC) تحت شماره پروژه MHP/060/21 انجام شده است.
نظر شما