ساخت نوعی باتری لیتیوم گوگرد بادوام با چندبرابر ظرفیت بیشتر نسبت به باتری‌های یون لیتیوم

شاید درباره ویژگی‌ مهم باتری‌‌های لیتیوم گوگرد یا لیتیوم سولفور (سولفور همان گوگرد است) چیزهایی شنیده باشید. این باتری‌ها می‌توانند 5 برابر باتری‌های فعلی یون لیتیوم، ظرفیت شارژ داشته باشند؛ ضمن این‌که با محیط‌زیست نیز سازگارترند زیرا گوگرد در پوسته زمین فراوان است. اما این باتری‌ها ضعف بزرگی هم دارند: تعداد چرخه‌های عمرشان کمتر است یا به‌عبارت دیگر، ناپایدارند زیرا سریع خالی می‌شوند و باید زودبه‌زود شارژ شوند.

علت از کار افتادن باتری‌های لیتیومی، پیدایش تدریجی دندریت‌هاست. دندریت‌ها شاخک‌ها یا رگه‌های بسیار ریزی هستند که به‌مرور درون باتری لیتیوم پدید می‌آیند و افزایش می‌یابند و قطب آند باتری را می‌پوشانند. آن‌ها پیوسته درازتر می‌شوند تا این‌که درون باتری اتصال کوتاه ایجاد می‌کنند و به باتری آسیب می‌زنند. باتری‌های لیتیوم  گوگرد نیز مستعد بروز همین مشکل هستند، مگر این‌که بتوان از تشکیل دندریت‌ها جلوگیری کرد.

دانشمندان دانشگاه میشیگان برای این منظور نوعی باتری لیتیوم گوگرد ساختند و و دو الکترود آن‌ را با یک غشاء نانوفیبری باریک از هم جدا کردند تا دندریت‌ها از الکترود کاتد به الکترود آند باتری سرایت نکنند. غشاء نانوفیبر را از ماده‌ای موسوم به آرامید ساختند که در اصل نوعی کِولار محسوب می‌شود. کولار ماده‌‌ای ترکیبی است که در ساخت پوشش‌های ضدگلوله نیز از آن بهره می‌برند. این غشاء مثل یک سد فیزیکی بود که اجازه نمی‌داد دندریت‌ها به عمق باتری نفوذ کنند و در عین حال وظیفه دیگری هم داشت.

دانشمندان درون این غشاء گذرگاه‌های ریزی ایجاد کردند تا یون‌های مثبت لیتیوم بتوانند در آن جریان یابند اما پلی‌سولفید لیتیوم نتواند از آن‌ها عبور کند. پلی‌سولفید لیتیوم وقتی از الکترود کاتد (گوگردی) به الکترود آند (لیتیومی) حرکت می‌کند، عمر باتری را کاهش می‌دهد. اما با ایجاد سد مذکور جلوی سرایت آن از الکترود کاتد به الکترود آند جلوگیری شد.

ساخت این باتری به مهندسی در مقیاس مولکولی و نانویی نیاز داشت. این نوع باتری سولفور لیتیوم می‌تواند 1000 چرخه تقریبا معادل 10 سال عمر کند. یعنی با کمک طراحی یادشده مشکل کم‌دوامی باتری‌های لیتیوم سولفور حل می‌شود و درنتیجه می‌توان باتری‌هایی ساخت که ظرفیت‌شان چندبرابر باتری‌های فعلی یون لیتیوم است و در عین حال، زود خالی نمی‌شوند. گوگرد برای باتری‌ها ماده‌ بسیار مناسبی است زیرا هم در زمین فراوان است و هم استخراج آن به‌اندازه استخراج موادی مثل کبالت سخت و آلاینده نیست. ضمنا گوگرد ارزان‌تر و با محیط‌ زیست سازگارتر است. در نهایت امیدواریم این فناوری بتواند به سرعت به مرحله تجاری برسد و بتوانیم باتری‌های بهتری در محصولات الکترونیکی ببینیم. اشتباه نیست اگر بگوییم در سال‌های اخیر، تقریبا همه سخت‌افزارهای مربوط به گوشی‌ها و گجت‌های مرتبط پیشرفت کرده‌اند به جز باتری‌ها! شما در این زمینه چه فکر می‌کنید؟