محققان آمریکایی افزاره ذخیره انرژی جدیدی بر اساس انتقال بسیار سریع مقادیر بزرگی از یون‌های لیتیوم بین الکترودها با سطوح بزرگ گرافن طراحی کرده‌اند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، این افزاره ذخیره انرژی می‌تواند برای وسایل نقلیه الکتریکی بی‌نهایت مفید باشد و زمان شارژ آنها را از ساعت‌ها به کمتر از یک دقیقه کاهش دهد. دیگر کاربردهای بالقوه این افزاره شامل ذخیره انرژی تجدیدپذیر (برای مثال ذخیره کردن انرژی باد و خورشید) و شبکه‌های هوشمند است.

این محققان افزاره جدید را «پیل‌ تعویض - یون لیتیوم تواناشده با سطح گرافن» یا به طور ساده‌تر «پیل‌های در میان واقع‌شده – سطح» (SMCs) می‌نامند. این افزاره‌ها با وجود این‌که هنوز از مواد و پیکربندی بهینه‌ نشده استفاده می‌کنند، عملکردی بهتر از باتری‌های یون لیتیوم و ابرخازن‌ها دارند. این افزاره‌های جدید می‌توانند چگالی توانی برابر با ۱۰۰ کیلووات بر کیلوگرم ‌پیل داشته باشند که ۱۰۰ برابر بزرگتر از چگالی توان باتری‌های یون لیتیوم تجاری و ۱۰ برابر چگالی توان ابرخازن‌ها است. هرچه چگالی توان بیشتر باشد، دبی انتقال انرژی و در نتیجه زمان شارژ سریع‌تر است.

به علاوه، این پیل‌های جدید می‌توانند چگالی انرژی برابر با ۱۶۰ وات‌ ساعت بر کیلوگرم ‌پیل داشته باشند که با چگالی انرژی باتری‌های یون لیتیوم قابل مقایسه است و ۳۰ برابر چگالی انرژی ابرخازن‌های مرسوم است. هر چه چگالی انرژی بیشتر باشد، این افزاره می‌تواند انرژی بیشتری برای حجم یکسان ذخیره کند و در نتیجه وسایل نقلیه استفاده ‌کننده از آن، مدت زمان بیشتری رانده می‌شوند.

نکته کلیدی برای عملکرد خوب این پیل‌ها، آند و کاتدی است که سطوح گرافنی خیلی بزرگی را شامل می‌شوند. این محققان در هنگام ساخت این پیل‌ها، فلز لیتیوم (به شکل ذرات یا ورقه) را در آند قرار دادند. در مدت اولین چرخه تخلیه، این لیتیوم یونیزه شده و مقادیر بسیار بزرگتری از یون‌های لیتیوم در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم تولید می‌شود.

هنگامی که این باتری استفاده می‌شود، یون‌های مذکور در سرتاسر یک الکترولیت مایع تا کاتد مهاجرت کرده، وارد خلل و فرج شده و به سطح بزرگ گرافن داخل کاتد می‌رسند. در مدت شارژ مجدد، جریان عظیمی از یون‌های لیتیوم سریعا از کاتد به آند مهاجرت می‌کنند.

سطوح بزرگ این الکترودها انتقال سریع مقادیر بزرگی از یون‌ها بین الکترودها را ممکن کرده و منجر به چگالی‌های انرژی و توان بالا می‌شوند.

این محققان، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ «Nano Letters» منتشر کرده‌اند.