کاربرد فناوری نانو در ساخت باتری

فناوری نانو ذره ها یا نانو مواد (Nanotechnology) فناوری بسیار جدیدی است که در سراسر دنیا در ساخت مواد و تجیزات مختلف به کار می رود. در این مقاله با تعریفی از فناوری نانو و کاربردهای مختلف آن در صنایع و تجهیزات مختلف از جمله لوازم الکترونیکی همچون باتری ها به بررسی نقش این مواد میپردازیم.

فناوری نانو در ساخت باتری

 فناوری نانو و نانو مواد

به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانومواد گفته می شود. فناوری نانو Nanotechnology شامل گسترش تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱–۱۰۰ نانومتر است. فناوری نانو را میتوان در سه سطح مواد، ابزارها و سیستم‌ها تقسیم نمود و به موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌روند، نانو مواد می‌گویند. میتوان گفت مادهٔ نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد شامل کریستال‌ها یا دانه‌های نانومتری هستند که هر کدام از آن‌ها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و پلیمرها در ابعاد نانو می‌توانند وجود داشته باشند.

کاربردهای مختلف نانو فناوری

امروزه نانوفناوری دارای کاربردهای گسترده ای در حوزه های مختلف اعم از غذایی، دارویی، تشخیص پزشکی، ارتباطات، انرژی و محیط زیست، کامپیوتر و الکترونیک و… دارد. اثرات و مزایای شگفت انگیز و قابل توجهی که این فناوری جدید در روند توسعه و تولید محصولات جدید و مواد گوناگون دارد باعث گردید که تولیدکنندگان و صنایع هرچه بیشتر به این فناوری رو آورند و دانشمندان فناوری نانو را یکی از مهمترین الویت های تحقیقاتی خود طی دهه اول قرن بیست و یکم قرار دهند. این فناوری در شاخه های علمی مختلف از جمله علوم پزشکی، علوم مواد، صنایع دفاعی، پتروشیمی،الکترونیک و سایر شاخه ها به عنوان یک چالش جدید علمی و صنعتی محسوب شده و محققین در صدد دستیابی به یافته های هرچه بیشتر در این دانش هستند.

فناوری نانو در ساخت باتری

کاربرد نانوفناوری در صنعت الکترونیک

نانو الکترونیک شاخه‌ای از فناوری نانو است که از تأثیر نانوفناوری بر دانش و صنعت الکترونیک ایجاد شده‌است. نانوالکترویک در تولید و ساخت وسایل الکتریکی کوچک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرفتر نقش بسیار مهمی در تکنولوژی جهانی دارد. افزایش میزان ذخیره اطلاعات، محاسبه‌گرهای رایانه‌ای کوچک‌تر، طراحی مدارهای منطقی، نانوسیم‌ها و… از زمینه‌های کاربرد نانو الکترونیک هستند.

به کاربردن فناوری نانو در صنعت الکترونیک بیشتر موجب ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس بسیار کوچک میشود به گونه ای که با استفاده از این فناوری میتوان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را تا ۱۰۰۰ برابر افزایش داد به گونه ای که بتوان قطعات و ابزارهای ابرمحاسباتی به اندازه یک ساعت مچی ساخت. نانو ذرات موجب میشوند ذخیره اطلاعات به اندازه یک ترابایت در هر اینچ ربع برسد که این به معنی انتقال و ذخیره اطلاعاتی به حجم ۲۰۰ گیگابایت در یک هارد دیسک به اندازه یک کارت اعتباری است. همچنین با استفاده از این فناوری صنایع مختلف موفق به ساخت تراشه هایی در اندازه فوق کوچک شده اند؛ تراشه هایی به ابعاد ۳۲ تا ۹۰ نانومتر. همچنین موجب تولید دیسک های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه های بسیار کوچک میشوند.

کاربرد فناوری نانو در ساخت باتری

به طور کلی دو گروه کلی از باتری های قابل شارژ که از فناوری نانو در آن ها استفاده شده است باتری های برپایه لیتیوم یه عنوان مثال باتری های لیتیوم یون و دوم باتری های برپایه هیدریدهای فلزی است. مواد نانوبلوری و نانولوله ها از دستاوردهای علم نانوفناوری است که با کاربرد آنها در باتری های جدید طول عمر، دانسیته جریان و سرعت شارژ شدن آن ها افزایش چشمگیری داشته است. در این باتری ها نانولوله های جایگزین گرافیت های معمولی در باتری های لیتیومی شده اند که موجب افزایش ظرفیت این باتری ها شده است. چرا که این مواد به دلیل کوچکی دارای سطح مفید تماس بیشتری با لیتیوم هستند و موجب افزایش ظرفیت باتری میشود. با استفاده از این فناوری میزان شارژ مجدد باتری های جدید ۱۰ برابر شده به طوری که این باتری ها دارای طول عمر خیلی بیشتری هستند.

استفاده از نانومواد در سیستم هایی که در زمینه ذخیره انرژی کاربرد دارند توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده اند. آن ها درصدد ارتقا هرچه بیشتر عملکرد باتری هایی هستند که سرعت جریان شارژ و تخلیه بالایی دارند که از جمله این باتری ها میتوان به باتری های لیتیومی اشاره کرد. میتوان گفت استفاده از فناوری نانو مواد و توسعه سیستم ها و تجهیزات ذخیره انرژی با توان و دانسیته انرژی بالاتر موجب افزایش کیفیت و کارایی آنها در کنار تولید مواد مضر و آلودگی های کمتری برای محیط زیست میشوند. به خصوص با جایگزین نمودن وسایل نقلیه الکتریکی و الکتریکی هیبریدی با ماشین ها دودساز امروزی میتوان گام های بزرگی در زمینه کاهش آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی برداشت.

به کار بردن فناوری نانو در صنعت باتری سازی دارای معایب و مزایایی است که بررسی اجمالی آنها میپردازیم؛

مزایای فناوری نانو در ساخت باتری

بهبود یافتن تراکم و توانایی ذخیره انرژی و همچنین قدرت و توان باتری ها به واسطه استفاده از مواد نانو در ساخت الکترودها و کاربرد الکترودهایی که قابلیت شارژ و تخلیه در سرعت جریان بالا را دارند.

استفاده از این فناوری موجب کاهش مسیر انتقال یون های لیتیوم و کاهش سرعت جریان سطح ویژه، بهبود پایداری و افزایش ظرفیت باتری میشود.

استفاده از مواد نانوکامپوزیتی که برای مسیرهای هادی الکترونی طراحی می‌شوند، مقاومت داخلی باتری‌های لیتیومی را کاهش داده و سبب افزایش ظرفیت ویژه شوند.

کاهش اندازه و ابعاد باتری که منجر به افزایش سرعت ورود و خروج یون لیتیوم میشود، زیرا فواصل داخلی باتری کم شده و زمان انتقال یون لیتیوم را به حداقل می رساند.

به کارگیری ذرات نانو موجب افزایش سرعت انتقال الکترون در داخل ذرات با سرعت بیشتری انجام میشود.

با کوچک بودن ذرات و افزایش مساحت سطح تماس ذرات با الکترولیت موجب افزایش سرعت جریان یون لیتیوم  در سطح مشترک میشود.در ذرات بسیار کوچک پتانسیل شیمیایی در رابطه با یون های لیتیوم  و الکترون ها ممکن است اصلاح شود و این باعث تغییر پتانسیل الکترود خواهد شد.

معایب فناوری نانو در ساخت باتری

احتمال مشکل بودن سنتز نانو ذرات و یا کنترل اندازه ذرات در سیستم.

امکان انجام واکنش های جانبی بین ذرات الکترود و الکترولیت در اثر افزایش سطح مشترک زیاد بین الکترود و الکترولیت و سخت بودن کنترل برخورد بین ذره ها و حتی اندازه ذرات.

همچنین ببینید

معرفی سیستم عامل iOS و همه چیز در مورد آن

معرفی سیستم عامل iOS و همه چیز در مورد آن

سیستم عامل مهمترین نرم افزاری است که در تلفن همراه و کامپیوتر ها وجود دارد …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *