نانوکاتالیستی بادوام بالا برای استفاده در باتری‌های قابل شارژ

در حال حاضر چالش‌هایی در بخش حمل و نقل وجود دارد. از آن جمله می‌توان به خودروهای الکتریکی اشاره کرد که باید به‌گونه‌ای توسعه یابند که قابلیت استفاده درازمدت را داشته باشند. در مجموع، اصلی‌ترین چالش در این حوزه را می‌توان ساخت باتری‌های قابل شارژ ارزان قیمت با عملکرد بالا دانست.

مقاله‌ای در نشریه Advanced Materials به‌چاپ رسیده است که در آن چن ژونگ و همکارانش از دانشگاه تیانجین با همکاری محققانی از دانشگاه واترلو موفق به ارائه الکتروکاتالیستی شدند که قادر است با کارایی بالا باتری‌های روی- هوا (Zinc-air) را شارژ کند.
این گروه روی فرآیند حلال‌گرمایی کار می‌کردند تا از آن برای تولید نانوذرات سولفید کبالت اکسید شده آمورف استفاده شود. اعمال گاز آمونیاک در دمای 700 درجه به آن، منجر به تولید نانوذرات هسته‌ای – پوسته‌ای می‌شود که در آن هسته‌ای از جنس سولفید کبالت و پوسته‌ای از جنس اکسیژن وجود دارد.

در این پروژه یک ورقه کربنی تقویت شده با نیتروژن به‌صورت متخلخل در آمده که این نانوذرات روی آن قرار می‌گیرد. ترکیب به وجود آمده به‌صورت کاتالیست بوده و در آب پخش می‌شود. بعد از فیلتر کردن، کاتالیست باقی‌مانده و به‌صورت یک فیلم نازک می‌تواند در باتری‌های روی -هوا استفاده شود.

این ورق کربنی تقویت شده با نیتروژن که نانوذرات روی آن سوار شده‌اند از طریق پیوند کووالانسی میان نیتروژن و کبالت برهم‌کنش داشته و به‌ هم متصل می‌شوند. وجود این ساختار منجر به تشکیل فضاهای باز و کانال‌های کوتاهی می‌شود که مواد اولیه به‌ راحتی وارد آن شده و می‌توانند در این فضاها با هم برهم‌کنش داده و واکنش مورد نظر شکل بگیرد.
این کاتالیست جدید نسبت به کاتالیست Pt/C رایج، بعد از 3000 دور ولتامتری چرخه‌ای، فعالیت بهتری از خود نشان می‌دهد. این گروه اقدام به ساخت باتری با این ماده کردند و دریافتند که عملکرد شارژ آن‌ها در مقایسه با باتری‌های رایج بهتر است.