ابداع باتری‌های کارآمد با الهام از گیاه بامبو

هنگامی که پروفسور “زیکی سان”(Ziqi Sun)، سرپرست این پژوهش، از کنار دسته‌های بامبو عبور می‌کرد، از آنها الهام گرفت تا جدیدترین پروژه خود را انجام دهد و به توسعه انرژی پایدار کمک کند.سان گفت: این غشا که به اندازه یک تکه کاغذ ضخامت دارد، امکان انتقال سریع آب و تغذیه بامبو را فراهم می‌کند. غشا از لایه‌هایی تشکیل شده است که بسیار نزدیک به هم هستند. ویژگی دیگر لایه‌ها این است که ساختاری متخلخل روی سطح دارند.
وی افزود: چرا بامبو این غشا را دارد؟ این غشا فقط برای تزئین نیست، بلکه باید برای عملکرد خاصی باشد.

دکتر “جون می”(Jun Mei)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ساختار منحصر به فرد این غشا و عملکرد آن، مستلزم یک بررسی عمیق است. این غشا، مهم‌ترین مؤلفه در دستگاه‌های ذخیره انرژی است و اگر بتوانیم با درک رابطه میان ساختار غشا و عملکرد خاص آن، ماده‌ای را برای ذخیره انرژی پیدا کنیم، بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود.

پژوهشگران دریافتند که این ساختار چند لایه موجب می‌شود که آب و الکترولیت‌ها از دو راه در بامبو حرکت کنند.
ساختار لایه لایه داخلی با فاصله محدود، امکان حرکت مایع فوق سیال و الکترولیت‌ها را فراهم می‌کند؛ این بدان معناست که مایع در سرتاسر گیاه، به سرعت حرکت می‌کند. لایه بیرونی که فاصله بیشتری میان سطوح آن وجود دارد، این امکان را فراهم می‌کند که مایع با سرعت بیشتری در ساختار پراکنده شود.

این پروژه، مبتنی بر پژوهش پیشین در مورد مزایای نانومواد دوبعدی است که فوق‌العاده‌ نازک هستند و برای انتقال سریع یون‌ها در سراسر باتری به کار می‌روند.سان گفت: طبیعت به ما آموخته است که چگونه با این نوع مواد دوبعدی، به طراحی بپردازیم و این که چگونه توزیع چند سطحی فضا می‌تواند برای ابداع باتری‌های بسیار کارآمد، سودمند باشد.پژوهشگران با استفاده از نانوورقه‌های اکسید کبالت و گرافین که حدود ۱۰۰ هزار برابر باریک‌تر از موی انسان هستند، غشایی ابداع کردند که به ساختار نسخه طبیعی شباهت داشت.

پژوهشگران، توانایی غشای زیستی ابداع شده را در انتقال یون‌ها، با قرار دادن آنها در باتری‌های لیتیوم- یون مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که عملکرد آنها از سایر موادی که معمولا برای الکترودهای باتری به کار می‌روند، بهتر است.پژوهشگران، قابلیت مرطوب شدن غشا را مورد بررسی قرار دادند و تایید کردند که این غشای زیستی، قابلیت مرطوب‌کنندگی بیشتری نسبت به الکترولیت‌های آلی دارد. این بدان معناست که هیچ مانعی برای تماس و ورود الکترولیت‌ از سطح به غشای داخلی وجود ندارد.سان ادامه داد: این پژوهش، یک اصل جدید را در طراحی مواد دارای عملکرد بالا ارائه می‌دهد. مهم‌تر از همه این که راه را برای ارائه مواد آینده با الهام از طبیعت هموار می‌کند.