گامی به سوی باتری‌های ارزان‌تر: رمزگشایی از مکانیسم ذخیره‌سازی سدیم در کربن

به گزارش بیکینگ و به نقل از Interesting Engineering، این پژوهش با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیچیده نشان می‌دهد که سدیم داخل ساختارهای متخلخل کربنی چگونه ذخیره می‌شود و چه اندازه‌ای از منافذ برای عملکرد بهینه ضروری است. 
 
لینکلن متمری، سرپرست این مطالعه، اظهار می‌دارد: «این کار به ما کمک می‌کند مکانیسم ذخیره‌سازی سدیم در مواد کربنی را برای باتری‌های سدیمی به‌خوبی درک کنیم».
 
پژوهشگران مدت‌ها گمان می‌کردند که منافذ ریز داخل کربن سخت (ماده اصلی آند کنونی) مسئول نگهداری سدیم هستند، اما اندازه دقیق و رفتار واقعی اتم‌های سدیم در این منافذ ناشناخته مانده بود.
 
متمری با به‌کارگیری کربن قالب‌زئولیتی که شبکه منافذ آن با دقت نانومتری کنترل شده، همراه با الگوریتم اختصاصی و شبیه‌سازی‌های نظریه تابعی چگالی، توانست رفتار اتم‌های سدیم را لحظه‌به‌لحظه رصد کند. 
 
نتایج شگفت‌انگیز بود: ذخیره‌سازی سدیم در دو مرحله انجام می‌شود. ابتدا اتم‌ها با پیوند یونی به دیواره‌های منفذ می‌چسبند و پس از پر شدن دیواره‌ها، اتم‌های بعدی به‌صورت خوشه‌های فلزی در مرکز منفذ جمع می‌شوند.
 
این ترکیب یونی-فلزی باعث می‌شود ولتاژ آند پایین بماند، ولتاژ کلی باتری افزایش یابد و از تشکیل رسوب فلزی خطرناک که می‌تواند باعث اتصال کوتاه شود، جلوگیری کند. 
 
متمری تأکید کرد: «ما دریافتیم که منافذ حدود یک نانومتر بهترین تعادل را بین ویژگی یونی و فلزی ایجاد می‌کنند».
 
این دستاورد برای نخستین بار قوانین طراحی محکمی برای آندهای کربن سخت باتری‌های سدیمی ارائه می‌دهد و راه را برای تجاری‌سازی سریع‌تر و ارزان‌تر این فناوری پاک هموار می‌کند.