تولید نانوموادی جدید برای نسل جدید باتری‌ها و سلول‌های خورشیدی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از نیو اطلس، این مواد از طریق آلیاژ فسفر با آرسنیک ایجاده شده تا نوار‌هایی با ضخامت یک اتم شکل گیرد. در اینجا، محققان دانشگاه کالج لندن (UCL) دریافته اند که وقتی فسفر با آرسنیک آلیاژ می‌شود، یه یک محصول بسیار کاربردی تبدیل می‌شود.

آدام کلنسی، یکی از پژوهشگران این گروه تحقیقاتی می‌گوید: آخرین تلاش‌های ما در مطالعه و کار روی آلیاژسازی نانونوار‌های فسفر با آرسنیک، فرصت‌های بیشتری را به‌ویژه برای بهبود ذخیره‌سازی انرژی باتری‌ها و ابرخازن‌ها و همچنین تقویت آشکارساز‌های نزدیک به فروسرخ مورد استفاده در پزشکی باز می‌کند.

منظور این گروه از نانونوارها، نوار‌هایی با ضخامت یک اتم از فسفر یا به‌طور صحیح‌تر، فسفرن (phosphorene) است؛ ماده‌ای دوبعدی متشکل از یک لایه منفرد از فسفر سیاه لایه‌ای مصنوعی، که پایدارترین شکل فسفر است.

در سال ۲۰۱۹، محققان دانشگاه کالج لندن قابلیت‌های نانونوار‌های فسفر را کشف کردند و متوجه شدند که افزودن آن‌ها به عنوان یک لایه به سلول‌های خورشیدی پروسکایت به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا انرژی بیشتری از خورشید را ذخیره کنند.

در مطالعه اخیر، آن‌ها برای بهبود رسانایی الکتریکی فسفر، مقدار کمی آرسنیک را به آن اضافه کردند. طبق یافته این این تحقیق، کریستال‌های تشکیل شده از ورقه‌های فسفر و آرسنیک با لیتیوم محلول در آمونیاک مایع در دمای منفی ۵۰ درجه سانتی گراد مخلوط شدند. سپس آمونیاک پس از ۲۴ ساعت حذف و با یک حلال آلی جایگزین شد.

با توجه به ساختار اتمی ورق ها، یون‌های لیتیوم فقط می‌توانند در یک جهت حرکت کنند که این امر باعث ایجاد ترک می‌شود و در نیجه نوار‌ها تشکیل می‌شود.
آن‌ها دریافتند که نانونوار‌های آلیاژ آرسنیک فسفر (AsPNRs) دارای رسانایی الکتریکی بالای ۱۳۰ کلوین یا به عبارتی منفی ۱۴۰ درجه سانتیگراد هستند در حالی که خواص مفید نانونوار‌های فقط فسفر را حفظ می‌کنند.

در حال حاضر، نانونوار‌های فسفر برای استفاده به عنوان یک ماده آند در باتری‌های لیتیوم-یون یا سدیم-یون، می‌بایست با یک ماده رسانا مانند کربن مخلوط شوند. محققان می‌گویند به دلیل قابلیت AsPNR در افزایش میزان انرژی که یک باتری می‌تواند ذخیره کند و افزایش سرعت شارژ و خالی شدن شارژ، می‌توان از پرکننده کربنی استفاده کرد. علاوه بر این، آن‌ها می‌گویند که استفاده از AsPNR در سلول‌های خورشیدی باعث بهبود جریان شارژ از طریق دستگاه‌ها می‌شود و کارایی سلول‌ها را افزایش می‌دهد.

کلنسی می‌گوید: نوار‌های آرسنیک-فسفر خاصیت مغناطیسی هم دارند و ما معتقدیم که این قابلیت از اتم‌های کنار لبه آن‌ها می‌آیند و به همین دلیل می‌توان از آن‌ها در رایانه‌های کوانتومی نیز بهره برد.

شرح کامل این مطالعه در مجله American Chemical Society منتشر شده است.