ساخت باتری انعطاف پذیر و ظرفیت بالا از چوب با معماری سه بعدی

با وجود سیر صعودی و رشد هندسی پیشرفت تکنولوژی، هنوز باتری‌ها رشد چندانی نکرده‌اند و باعث ایجاد محدودیت زیادی در تکنولوژی‌ها هستند. اما چندان دور از ذهن نیست که در آینده‌ای نه چندان دور دانشمندان تنها با برداشتن یک گام قابل توجه در زمینه‌ی ذخیره‌سازهای انرژی و بهره‌مندی از مواد ارزان و تجدید‌پذیری همچون خمیر چوب، قادر به توسعه‌ی دو دستگاه ذخیره‌ساز انرژی با ظرفیت بالا(باتری و خازن) باشند.

خبر خوش این است که هم‌اکنون پیشرفت قابل توجهی در این زمینه صورت گرفته است. دستگاه اسفنجی مستحکم و در عین حال انعطاف پذیری با استفاده از چوب ساخته شده که در برابر هر دو عامل شوک و فشار، کاملا مقاوم است. قابلیتی که بیشتر لوازم الکترونیکی قادر به تحمل این دو عامل نیستند.

پژوهشگر ارشد ایرانی، آقای مهیار (مَکس) حامدی از مؤسسه‌ی فناوری KTH رویال در بیانیه‌ای اظهار کرد: کاهش ضخامت باتری‌های معمولی با محدودیت‌هایی روبه‌رو است اما این محدودیت‌ها در باتری‌هایی با معماری سه بعدی به‌شدت کاهش می‌یابد. آقای حامدی در ادامه توضیح داد که ما دیگر محدود به دو بعد نیستیم. هم‌اکنون می‌توانیم باتری‌هایی با معماری سه بعدی بسازیم که تناسب بیشتری با دستگاه‌های الکترونیکی کوچک دارند.

پرشدگی و فشردگی بیشتر الکترولیت در باتری‌ها با وجود معماری سه بعدی به این معنی است که می‌توان انرژی الکتریکی زیادی را در فضای به مراتب کمتری نسبت به باتری‌های معمولی ذخیره کرد.

برای ساخت ماده‌ی نوآورانه‌ی هواژل مبتنی بر چوب، دانشمندانی از مؤسسه‌ی فناوری KTH رویال و دانشگاه استنفورد آمریکا شروع به تجزیه‌ی سلولز موجود در چوب کرده و زنجیره‌ای بلند از مولکول‌های قندی که در دیواره‌ی سلولی گیاهان یافت می‌شود را از آن استخراج کردند تا به استحکام بیشتری دست یابند. سپس بعد از کاهش ۱ میلیون برابری ضخامت سلولزها نسبت به ضخامت اولیه‌ی آن‌ها، نانو سلولز بدست آمده را در حلال ویژه‌ای حل کرده و با فرایند خشک کردن در خلا با اعمال سریع سرمای فراوان برای افزایش ماندگاری ماده‌ی نهایی، رطوبت منجمد درون ماده‌ی مورد نظر را به‌طور مستقیم به بخار تبدیل کرده (تصعید) و آن را کاملا از بین بردند. درنهایت، با تکنیک پردازش ویژه‌ای که باعث پایداری بیشتر مولکول‌ها می‌شود، از لهیدگی و فروپاشی مواد فوم مانند جلوگیری کرده و ماده‌ی نهایی را به دست آوردند. در نتیجه‌ی کار، ماده‌ای مستحکم، سبک و انعطاف پذیر حاصل شد.

اگرچه ماده‌ی فوم مانند در یک لایه، اندکی سخت بوده و سبکی و تخلخل بیشتری دارد، اما می‌توان بدون آسیب رساندن آن را لمس کرد.مهیار حامدی

در ادامه، تیم دانشمدان ماده‌ی اسفنجی نهایی را با جوهری که هواژل را تبدیل به رسانای الکتریسیته می‌کند آغشته کردند. با انجام این کار، سرانجام دانشمندان قادر به تولید دو دستگاه، باتری هیبریدی و ابر خازن با معماری سه بعدی شدند. این دو دستگاه جدید به سرعت شارژ (در باتری) و دشارژ (در خازن) شده و توانایی ذخیره‌ی مقدار بسیار زیادی از شارژ الکتریکی را دارند؛ به‌طور مؤثر توانایی ذخیره‌ی انرژی زیاد و کارایی پایداری در فشردگی تا میزان ۷۵ درصد داشت. می‌توانید مقاله‌ی کامل این تحقیق را در مجله‌ی Nature مطالعه کنید.

اگرچه باید کارهای بسیار زیادی قبل استفاده از این مواد انجام شود، اما پژوهشگرها انتظار دارند که در آینده‌ای نه چندان دور دو دستگاه مذکور در خودروهای الکتریکی یا لباس‌هایی که برای شارژ گجت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، بکار گرفته شوند.