باتری های فناوری نانو

فناوری نانو در باتری سازی چه کاربردی دارد و مزایای آن چیست؟

به تازگی پژوهشگران تصمیم گرفتند از فناوری نانو در باتری های جدید استفاده کنند.

این فناوری یا فناوری نانو ذره که به نانو مواد (Nanotechnology) هم شناخته می شود، علاوه بر اینکه یک علم جدید است پیشرفت خوبی داشته و در اکثر مواد استفاده از آن دیده می شود. در ادامه سعی کردیم به معرفی فناوری نانو و کاربردهای آن در ساخت انواع تجهیزات بپردازیم  که یکی از این وسائل باتری ها می باشد، که نقش آن در باتری سازی را بررسی می کنیم.

تعریف فناوری نانو و نانو مواد :

مواد نانویی یا نانو مواد عبارتند از موادی که یکی از بعدهای آن در مقیاس 1 الی 100 باشد. در واقع فناوری نانو Nanotechnology شامل تمامی تولیداتی می شود که در ساخت آن ها از ابزار و موادی استفاده می کنند که دارای ابعاد 1 الی 100 نانومتر است.

فناوری نانو در سه سطح تقسیم بندی می شود، که این سه سطح عبارتند از :

  • مواد
  • ابزارها
  • سیستم ‌ها 

علاوه بر تعریف بالا این را در نظر داشته باشید که به موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌روند، نانو مواد می ‌گویند. اگر بخواهیم تعریف صحیحی از ساختار ماده نانو داشته باشیم باید بگوییم این ماده دارای ساختاری است که  در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی با مقیاس چند نانومتری دیده می شود.

از مبحث بالا به این نتیجه رسیدیم که نانو مواد شامل کریستال‌ ها یا دانه‌ های نانومتری هستند.

این دانه های نانومتری ممکن است با یکدیگر از چند جهات تفاوت داشته باشند، این تفاوت ها عبارتند از:

  • ساختار اتمی
  • جهات کریستالوگرافی
  • ترکیب شیمیایی 

شما می توانید همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ ها، شیشه ‌ها، سرامیک ‌ها و پلیمرها را در ابعاد نانو پیدا نمایید.

باتری های فناوری نانو

فناوری نانو چه کاربردهایی دارد ؟

پژوهشگران توانسته اند در زمینه های مختلفی از فناوری نانو استفاده کنند که این موارد عبارتند از :

  • غذایی
  • دارویی
  • تشخیص پزشکی
  • ارتباطات
  • انرژی و محیط زیست
  • کامپیوتر و الکترونیک و…

از آنجایی که نانو تکنولوژی باعث می شود محصولات و تولیدات جدید متحول شده و عملکرد و کارایی آن ها بهبود بیابد، توسعه دهندگان و تولید کنندگان زیادی به آن روی آورده اند و دانشمندان و محققان از این فناوری به عنوان یکی از مهمترین عناوینی که در دهه اول قرن 21 به آن پرداخته شود و توجه همگان را به خود جلب کند.

از این فناوری در شاخه های مختلف علمی استفاده می شود که برخی از آن ها عبارتند از:

  • علوم پزشکی
  • علوم مواد
  • صنایع دفاعی
  • پتروشیمی
  • الکترونیک و …

از آنجایی که این علم یکی از علوم نوین است در صنعت به عنوان یک چالش به حساب می آید که اشخاص زیادی را به خود جذب کرده تا به دستاوردهای جدیدی در این زمینه برسند.

باتری های فناوری نانو

جایگاه علم نانو در صنعت الکترونیک :

یکی از شاخه های این علم جدید نانو الکترونیک است که بر اثر تأثیرات فناوری نانو بر صنعت الکترونیک، کشف شده است. همانطور که از تعریف نانو متوجه شدیم و البته دیدیم که تولیدات نانوالکترونیک در واقع وسائل برقی کوچکتر و سریعتر و کم مصرف تر هستند که تکنولوژی جهانی را دگرگون نموده است.

در نانو الکتریک شاهد تجهیزات بی نظیری هستیم که شامل موارد زیر هستند:

  • افزایش میزان ذخیره اطلاعاتپ
  • محاسبه ‌گرهای رایانه ‌ای کوچک ‌تر
  • طراحی مدارهای منطقی
  • نانوسیم‌ها و …

همانطور که در لیست دستاوردهای فناوری نانو در صنعت الکترونیک نگاهی انداختیم به این نتیجه رسیدیم که ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس بسیار کوچک اتفاق می افتد و همین موضوع موجب می شود که ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات تا 1000 برابر بیشتر شود.

این تکنولوژی باعث می شود که قطعات و ابزارهای محاسباتی پیشرفته به اندازه یک ساعت مچی ساخته شود.

اگر بخواهیم در مورد تأثیر نانو ذرات بر ذخیره اطلاعات دقیق تر بگوییم باید به این نکته اشاره نماییم که ذخیره اطلاعات به اندازه یک ترابایت در هر اینچ به یک – چهارم برسد، از این نکته به این نتیجه می رسیم که 200 گیگابایت اطلاعات در یک هارد دیسک کوچک و به اندازه یک کارت اعتباری، امکان پذیر خواهد شد. علاوه بر این می توان با فناوری نانو تراشه هایی ساخت که اندازه کوچکی دارند.

اندازه تراشه هایی که با نانو ساخته می شود می تواند در حد 32 الی 90 نانومتر باشد.

یکی دیگر از دستاوردهای نونوالکتریک، ساخت و تولید دیسک های نوری 100 گیگابایتی در اندازه های بسیار کوچک است.

چگونه با فناوری نانو باتری می سازند ؟

در صنعت باتری سازی دو نوع باتری قابل شارژ با استفاده از نانو فناوری ساخته می شود، که هر دوی آن ها عبارتند از :

  • باتری های بر پایه لیتیوم یون
  • باتری های برپایه هیدریدهای فلزی

در ساخت باتری با فناوری نانو باید از مواد نانوبلوری و نانولوله ها که از دستاوردهای همین تکنولوژی است استفاده کرد.

این مواد باعث می شوند باتری های نانو با باتری های قدیمی تفاوت هایی داشته باشند، که این تفاوت ها عبارتند از :

  •  طول عمر بیشتر
  • دانسیته جریان بیشتر
  • سرعت شارژ شدن بالا
  • ظرفیت بالاتر

ظرفیت بالای باتریهای نانو به این علت است که این مواد کوچک هستند و  سطح مفید تماس بیشتری با لیتیوم دارند که باعث می شود ظرفیت باتری بیشتر شود.

علاوه بر این فناوری نانو شارژ شدن باری را 10 برابر سریعتر می کند.

همین چند دلیل باعث شده استفاده از فناوری نانو در تجهیزات ذخیره انرژی، دانشمندان را به این موضوع جذب کند. دانشمندان توانسته اند به کمک علم نانو باتری هایی با عملکرد بهتر و سرعت شارژ بالاتر و تخلیه انرژی قوی تر تولید کنند.

یکی از نمونه های باتری های نانو، باتری لیتیومی می باشد.

استفاده از فناوری نانو و توسعه سیستم های ذخیره انرژی جدید که دارای توان و دانسیته جریان بالاتری هستند، یعنی تجهیزات با کیفیت تری در اختیار ما قرار دارد که آسیب کمتری به محیط زیست وارد می کند. این موضوع با جایگزین کردن خودرو های برقی و هیبریدی به جای ماشین های درون سوز قبلی که تولید دود و گرمای فراوان می کردند، علاوه بر کاهش آلودگی هوا کاهش تغییرات اقلیمی را نیز همراه دارد.

البته باتری های نانو دارای مزایا و معایبی هست که در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم.

مزایای ساخت باتری نانو :

از مزایای استفاده از فناوری نانو در ساخت باتری می توان به موارد زیر اشاره نمود :

  1. بهبود یافتن تراکم و توانایی ذخیره انرژی
  2. افزایش قدرت و توان باتری ها به واسطه استفاده از مواد نانو در ساخت الکترودها
  3. به کاربردن الکترودهایی که قابلیت شارژ و تخلیه سریع در جریان بالا را دارند.
  4. بهبود پایداری و افزایش سطع باتری با کاهش مسیر انتقال یون های لیتیوم و کاهش سرعت جریان سطح ویژه و همچنین کاهش مقاومت داخلی باتری
  5. کاهش اندازه و ابعاد باتری که منجر به افزایش سرعت ورود و خروج یون لیتیوم می شود

در نتیجه می توان گفت کوچک بودن ذرات می تواند مساحت سطح تماس ذرات با الکترولیت را افزایش دهد که همین امر باعث می شود جریان لیتیوم در سطح مشترک آن ها سرعت بیشتری پیدا کند. همچنین با تغییر پتانسیل الکترود که در نتیجه ذرات بسیار کوچک شیمیایی بین یون لیتیوم و الکترون ها اتفاق است، اصلاحاتی را به وجود می آورد.

معایب ساخت باتری نانو :

ساخت باتری با فناوری نانو معایبی هم دارد که عبارتند از :

  • 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.

شما می توانید نظر خود را در ارتباط با این موضوع با ما و دیگر کاربران به اشتراک بگذارید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

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

اسکرول به بالا