محققان کره‌ای راهی برای سنتز فریت‌های منگنز به‌عنوان ماده آند یافتند که به خاطر ظرفیت ذخیره‌سازی یون لیتیوم و خواص فرومغناطیسی برترش شناخته می‌شود.

پروفسور Won Bae Kim و تیمش در POSTECH کره از اسپین الکترونی از مواد آند برای افزایش ظرفیت و سرعت بخشیدن به شارژ باتری‌های لیتیوم یون استفاده می‌کنند.

مقاله گزارش پیشرفت در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است، این تحقیق به دلیل برتری آن شناخته شد و به عنوان یک مقاله جلد اول در Advanced Functional Materials منتشر شد.

شارژ یک وسیله نقلیه الکتریکی معمولاً حدود 10 ساعت یا بیشتر طول می کشد و حتی با روش های شارژ سریع، حداقل 30 دقیقه طول می کشد، این با فرض وجود یک مکان در دسترس در یک ایستگاه شارژ است.

اگر بتوانیم باتری خودروهای برقی را به همان سرعتی که سوخت‌گیری خودروهای بنزینی دارند شارژ کنیم، می‌توانیم کمبود ایستگاه‌های شارژ EV را کاهش دهیم.

کارایی باتری‌های لیتیوم یون، نوع مورد استفاده در خودروهای الکتریکی، با قابلیت مواد آند برای ذخیره یون‌های لیتیوم تعیین می‌شود، اخیراً، پروفسور Won Bae Kim، از گروه مهندسی شیمی و مؤسسه فارغ التحصیل فناوری مواد آهنی و انرژی در دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH، رئیس مو هوان کیم)، رهبری یک تیم تحقیقاتی را برای توسعه یک ماده آند جدید بر عهده داشت.

با سنتز مواد آند فریت‌های منگنز به نانوصفحات با سطح بزرگ‌تر، می‌توان یون‌های لیتیوم بیشتری را ذخیره کرد و بر محدودیت‌های نظری آن غلبه کرد.

تیم او که شامل Ph.D. نامزدهای Song Kyu Kang و Minho Kim از گروه مهندسی شیمی، نانوصفحات فریت منگنز (Mn3-xFexO4) را با استفاده از یک روش خود هیبریداسیون جدید که شامل یک فرآیند جایگزینی گالوانیکی ساده است، سنتز کردند.

این تکنیک پیشگامانه ظرفیت ذخیره سازی را تقریباً 1.5 برابر بیشتر از حد تئوری افزایش می دهد و یک وسیله نقلیه الکتریکی را قادر می سازد در کمتر از 6 دقیقه شارژ شود.

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی روش جدیدی را برای سنتز فریت‌های منگنز به‌عنوان ماده آند ابداع کردند که به دلیل ظرفیت ذخیره‌سازی لیتیوم-یون برتر و خواص فرومغناطیسی آن شناخته شده است.

ابتدا یک واکنش جایگزینی گالوانیکی در محلولی از اکسید منگنز مخلوط شده با آهن انجام شد که منجر به یک ترکیب ناهم ساختار با اکسید منگنز در داخل و اکسید آهن در خارج شد.

این تیم همچنین از روش هیدروترمال برای ایجاد ورقه‌های فریت‌های منگنز با ضخامت نانومتر با سطح منبسط شده استفاده کرد.

این رویکرد الکترون‌های بسیار قطبی شده اسپین را مهار می‌کند، که به طور قابل‌توجهی ظرفیت ذخیره‌سازی مقدار قابل‌توجهی از یون‌های لیتیوم را افزایش می‌دهد، این نوآوری به تیم اجازه داد تا بیش از 50 درصد از ظرفیت نظری مواد آند فریت منگنز فراتر رود.

بزرگ کردن سطح ماده آند، حرکت همزمان مقدار زیادی یون لیتیوم را تسهیل کرد و در نتیجه سرعت شارژ باتری را بهبود بخشید، نتایج تجربی نشان داد که تنها شش دقیقه برای شارژ و تخلیه باتری با ظرفیتی معادل با ظرفیتی که در خودروهای برقی فعلی در بازار استفاده می شود، مورد نیاز است.

این مطالعه فرآیند سنتز چالش برانگیز را برای دستیابی به موفقیت در ظرفیت نظری مواد آند و تسریع قابل توجهی در فرآیند شارژ باتری اصلاح کرده است.

پروفسور Won Bae Kim، رهبر گروه تحقیقاتی، اظهار داشت: ما درک جدیدی در مورد چگونگی غلبه بر محدودیت های الکتروشیمیایی مواد آند معمولی و افزایش ظرفیت باتری با استفاده از طراحی منطقی با تغییر سطح با استفاده از اسپین الکترون ارائه کرده ایم.

وی ابراز خوش بینی کرد که این پیشرفت می تواند به افزایش دوام باتری و کاهش زمان شارژ مجدد خودروهای الکتریکی منجر شود.

این تحقیق با حمایت برنامه پژوهشگر میانی و برنامه مرکز تحقیقات پیشرفته بنیاد ملی تحقیقات کره و وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات و برنامه وزارت تجارت، صنعت و انرژی برای ارتقای عملکرد بعدی انجام شد. تولید باتری‌های لیتیوم یون قابل شارژ و توسعه فناوری‌های جدید تولید.

• واکنش جایگزینی گالوانیکی
   واکنش الکتروشیمیایی هنگامی که یک فلز با یون فلزی با پتانسیل کاهش بالاتر برخورد می کند.

• روش هیدروترمال
  روشی برای سنتز نانوذرات و ریزذرات با واکنش محلول آبی حاوی یون‌های فلزی در دما و فشار بالا.

افزایش 50 درصدی ظرفیت می تواند یک تغییر اساسی حتی برای سیستم های کوچک مانند تلفن های همراه باشد و تنها ماندن در همان ظرفیت باعث صرفه جویی در کل لیتیوم مورد نیاز می شود.

خودروی برقی در شش دقیقه شارژ شود! بی سابقه است، امیدواریم این فناوری به راحتی گسترش یابد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.