مزیت استفاده از قیر در باتری های لیتیومی

محققان آزمایشگاه تحقیقاتی رایس متوجه شدند که نانونوارهای کربن موجود در قیر می‎تواند باتری‎هایی با کارایی بهتر و مقاوم در برابر دندریت‎ها را حاصل کند. استفاده از قیر می‎تواند باتری‎های لیتیم-فلز با ظرفیت بالا را که 10 تا 20 برابر سریع‎تر از باتری‎های استاندارد لیتیم-یون شارژ می‎شوند را بوجود آورد. پروفسور جیمز تور، محقق آزمایشگاه رایس، آندهایی را متشکل از کربن متخلخل حاصل از قیر که حتی پس از 500 چرخه شارژ/دشارژ پایدار می‎ماند، تهیه کرد. همچنین دانسیته جریان بالایی را در حد mA/cm2 20 نشان داد که از این تکنولوژی می‎توان در وسایلی که به شارژ و دشارژ سریع و دانسیته توان بالا نیاز دارند، استفاده کرد.
ظرفیت موجود در این باتری‎ها زیاد است اما نکته قابل توجه این است که می‎توان از صفر تا 100% شارژ را در عرض 5 دقیقه طی کرد. برخلاف سایر باتری‎ها که به 2 تا 3 ساعت زمان برای شارژ نیاز دارند.

ضمناً این تیم تحقیقاتی، پیش از این نیز از مشتقات قیر برای جداسازی گازهای گلخانه‎ای از گازهای طبیعی استفاده کرده بود. در این پروژه، محققان قیر را با نانونوارهای هادی گرافن ترکیب کرده و با روش ترسیب الکتروشیمیایی بر روی لیتیم پوشش‎دهی کردند. در ادامه برای تهیه یک باتری از کاتد کربن-سولفور استفاده شد. باتری حاصل از این تکنیک، دانسیته توان W/kg 1322 و دانسیته انرژی فوق العاده Wh/kg 943 را حاصل کرد.
این پروژه، مزایای دیگری نیز داشت بطوریکه استفاده از این کربن مانع از تشکیل دندریت‎ها بر سطح لیتیم می‎شود. دندریت‎ها می‎توانند وارد الکترولیت شده و در صورت رشد بیش از حد، می‎توانند باعث اتصال کوتاه الکترودها شوند و تخریب، انفجار و اشتعال باتری را به بار آورند. در صورتیکه کربن موجود در قیر، از رشد هرگونه شاخه دندریتی جلوگیری می‎کند. همچنین استفاده از آندهای گرافنی و نانولوله ‎های کربنی نیز می‎تواند مانع از تشکیل دندریت‎ها شود.
البته مزیت دیگر این پروژه راحتی ساخت آن است بطوریکه به هیچ کدام از روش‎های ترسیب بخار شیمیایی و رشد نانولوله ‎ها از گرافن نیازی نیست.
تصویر SEM سمت چپ آند حاصل از قیر و نانونوارهای گرافن و لیتیم را نشان داده و سمت راست نیز همین ترکیب را بدون لیتیم نشان داده‎است.