پژوهشگران کره‌ای با استفاده از نانوفناوری، جهشی قابل‌توجهی در عملکرد باتری‌های لیتیوم یونی به وجود آورده‌اند که می‌تواند نقش مهمی در آینده خودروهای برقی، ابزارهای الکترونیکی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ایفا کند.

این پژوهش نتیجه همکاری تیم دانشگاه دونگوک به رهبری پروفسور «جه مین اوه» و دانشگاه ملی کیونگ‌بوک به سرپرستی پروفسور «سونگ مین پک» است. یافته‌های این پژوهش نیز در نشریه «Chemical Engineering Journal» منتشر شده است. هسته این نوآوری ماده‌ای هیبریدی و مهندسی‌شده در مقیاس نانو است که از اکسید گرافن کاهش‌یافته (rGO) و هیدروکسید دولایه نیکل-آهن (NiFe-LDH) تشکیل شده.

اکسید گرافن کاهش‌یافته رسانایی فوق‌العاده برای عبور سریع الکترون‌ها است و ترکیب نیکل و آهن به‌صورت شبه‌خازن شارژ را ذخیره می‌کند. آنچه این ماده را متمایز می‌کند، ساختاری توخالی و کروی‌شکل است که لایه‌لایه طراحی شده و به‌طرز قابل‌توجهی پایداری و رسانایی را افزایش می‌دهد.

فرایند ساخت این ماده با استفاده از ذرات پلی‌استایرن به‌عنوان قالب آغاز می‌شود که پس از پوشانده‌ شدن با پیش‌ماده‌های گرافن و نیکل-آهن طی عملیاتی حرارتی به ترکیبی متشکل از اکسید نیکل-آهن بلوری و اکسید نیکل آمورف تبدیل می‌شود. درعین‌حین، اکسید گرافن نیز به‌شکل رسانا درمی‌آید تا ساختار نهایی از نظر الکتریکی بسیار بهینه باشد.

عملکرد چشمگیر باتری جدید لیتیوم-یون در آزمایش‌ها

براساس نتایج به‌دست‌آمده، این آند جدید توانسته حتی پس از ۵۸۰ چرخه شارژ ظرفیت ویژه‌ای معادل ۱۶۸۷.۶ میلی‌آمپرساعت بر گرم را حفظ کند که عملکرد آن از بسیاری مواد رایج بهتر است. ساختار توخالی و یکپارچه این ماده از تماس مستقیم ذرات فعال با الکترولیت جلوگیری کرده و مانع افت ظرفیت و تخریب ساختار در طول زمان می‌شود.

پروفسور پک درباره اهمیت این دستاورد می‌گوید:

«این موفقیت نتیجه همکاری متخصصان حوزه‌های گوناگون بود. باور داریم آینده ذخیره‌سازی انرژی نه در بهبود یک ماده، بلکه در طراحی سیستم‌هایی از مواد است که با یکدیگر تعامل و هم‌افزایی دارند.»

او افزود این پژوهش می‌تواند مسیری روشن برای تولید باتری‌های کوچک‌تر، با سرعت شارژ بالاتر و ماندگارتر لیتیوم یونی ترسیم کند. این فناوری شاید ۵ تا ۱۰ سال آینده، به کاربردهای تجاری گسترده‌ای در صنعت حمل‌ونقل برقی و شبکه‌های برق‌رسانی راه یابد.