اختراع دانشمند ایرانی در آمریکا؛ منفعت گیری از چوب برای افزایش طول عمر باتری‌_صبح سریع

برخی از مصرف‌کنندگان دلواپس خطرات مرتبط با منفعت گیری از باتری‌های لیتیوم-یون می باشند که در همه چیز از تلفن گرفته تا لپ‌تاپ و وسایل نقلیه الکتریکی منفعت گیری خواهد شد. پژوهشگران «دانشگاه ایالتی میشیگان»(MSU) دریافته‌اند که یک ماده طبیعی حاضر در چوب می‌تواند ایمنی باتری را بهبود ببخشد و در عین حال، عمر باتری را افزایش دهد.

«چنگچنگ فانگ»(Chengcheng Fang) دانشیار دانشکده مهندسی دانشگاه ایالتی میشیگان و «مژگان نژاد» دانشیار دانشکده کشاورزی و منبع های طبیعی این دانشگاه با همکاری یکدیگر «لیگنین»(lignin) را که یک ماده طبیعی در چوب است و به استحکام آن پشتیبانی می‌کند، به یک لایه جداکننده نازک تبدیل کردند. این لایه را می‌توان در باتری‌های لیتیوم-یون مورد منفعت گیری قرار داد تا از اتصال مختصر که می‌تواند به آتش‌سوزی منجر شود، جلوگیری کند. فنگ او گفت: ما می‌خواستیم باتری بهتری بسازیم که ایمن، کارآمد و پایدار باشد.

درون یک باتری، الکترودهای کاتد با بار مثبت و آند با بار منفی به جریان الکتریسیته پشتیبانی می‌کنند. برای جدا نگه داشتن این الکترودها، یک جداکننده تجاری طبق معمولً از مواد پلاستیکی پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن ساخته می‌شود که می‌تواند در دمای نزدیک به ۱۰۰ درجه سلسیوس انقباض یابد. بدون محافظت از جداکننده، طرف‌های کاتد و آند باتری می‌توانند با یکدیگر تماس داشته باشند و به ابراز اتصال مختصر اتفاقی و آتش‌سوزی یا انفجار احتمالی منجر شوند. در روبه رو، جداکننده‌های ساخته‌شده از لیگنین طی آزمایش‌ها پایدار ماندند و تا دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس از نظر اندازه کوچک‌تر نشدند.

این گروه پژوهشی، ضخامت‌های گوناگونی از لیگنین را آزمایش کردند و دریافتند لایه‌های نازک با ضخامت ۲۵ میکرومتر که نازک‌تر از یک چهارم موی انسان می باشند، موثرترین لایه در پایدار نگه داشتن داخل باتری و جلوگیری از اتصال آند و کاتد به شمار می‌روال.

منفعت گیری از لایه لیگنین درون باتری، مزیت فرد دیگر هم داشت. افزایش پایداری درون باتری به بهبود چرخه عمر یا تعداد دفعات شارژ و منفعت گیری از باتری پشتیبانی کرد. فنگ او گفت: ما از دیدن این که لایه لیگنین چرخه عمر باتری را نیز بهبود بخشیده است، شگفت‌زده شدیم. ما چرخه عمر باتری را ۶۰ درصد افزایش دادیم.

مزیت سوم این پژوهش، سازگاری آن با محیط زیست است. پژوهشگران توانستند جداکننده‌های لیگنین را با منفعت گیری از یک روش فرآوری خشک و کم‌هزینه تشکیل کنند. این بدان معناست که آنها موفق شدند مقادیر بسیاری از لایه لیگنین را بر پایه تقاضا تشکیل کنند و حلال‌های زیان اور را که طبق معمولً در تشکیل جداکننده‌های سنتی منفعت گیری خواهد شد و می‌توانند برای محیط زیست زیان اور باشند، به کار نبرند.

در این مورد، پژوهشگران توانستند از لیگنین و دیگر موادی که امکان تبدیل ۱۰۰ درصد مواد اولیه را فراهم می‌کردند، برای ساخت یک لایه بدون تشکیل هیچ گونه ضایعات یا آلودگی منفعت گیری کنند.

فنگ او گفت: لیگنین به اختصاصی لیگنوسولفونات به طور طبیعی زیاد است و برای کارکرد در باتری‌ها نیازی به عملیات اضافی ندارد. این پژوهش، یک مسیر طراحی تازه را برای بهبود ایمنی و قابلیت تشکیل مواد باتری مشخص می کند.