محققان دانشگاه منچس‌تر با انجام پژوهش‌های گسترده بر روی گرافن دو لایه، موفق به کشف یک مکانیزم تازه در فرآیند ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌های لیتیومی شده‌اند که می‌تواند تحولات چشمگیری در فناوری باتری و صنایع وابسته به همراه داشته باشد.
باتری‌های لیتیومی یکی از مهم‌ترین منابع انرژی در دنیای مدرن محسوب می‌شوند و با بهره‌گیری از فرآیند بینش‌گذاری یون‌های لیتیوم در ساختار مواد آندی، انرژی الک‌تریکی را ذخیره می‌کنند. با این حال، درک کامل مکانیزم‌های دقیق این فرآیند همچنان یکی از چالش‌های اصلی محققان بوده است.
در این پژوهش، دانشمندان با مطالعه گرافن دو لایه به عنوان یک آند جانشین، به یافته‌های مهمی دست یافتند. آن‌ها مشاهده کردند که یون‌های لیتیوم به جای ورود اتفاقی، در مراحل آشکار و سازمان‌یافته‌ای درون لایه‌های گرافن قرار می‌گیرند. این پدیده که مرحله‌بندی درون صفحه‌ای نام‌گذاری شده، نشان‌دهنده تعاملات پیچیده و منظم بین یون‌های لیتیوم و ساختار اتمی گرافن است.
پروفسور ایرینا گریگوریهوا، سرپرست تیم تحقیقاتی، با تأکید بر اهمیت این کشف، اظهار داشت کشف مرحله‌بندی درون صفحه‌ای، درک ما از فرآیند بینش‌گذاری لیتیوم را به سطحی کاملا جدید ارتقا می‌دهد. این یافته نشان می‌دهد که تعاملات بین یون‌های لیتیوم و ساختار گرافن بسیار پیچیده‌تر از پیش‌بینی‌های قبلی است. با درک عمیق‌تر این مکانیزم، می‌توانیم به طراحی و ساخت باتری‌های لیتیومی با کارایی بالا‌تر و عمر طول‌تر‌تر امیدوار باشیم.
اگرچه گرافن دو لایه به دلیل ساختار منحصر به فرد خود، بینش‌های ارزش‌مندی در مورد فرآیند بینش‌گذاری ارائه می‌دهد، اما محدودیت‌هایی نیز دارد. ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در گرافن دو لایه نسبت به مواد آندی سنتی مانند گرافیت کمتر است که ناشی از تعاملات قوی‌تر بین یون‌های لیتیوم در ساختار گرافن دو لایه و در نتیجه کاهش فضای قابل دسترس برای یون‌هاست.
با این حال، این تحقیق نشان می‌دهد که با مطالعه دقیق‌تر ساختار‌ها و مواد گوناگون، می‌توان به راهکار‌هایی برای بهبود ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌های لیتیومی دست یافت. به عنوان مثال، می‌توان با طراحی مواد آندی جدید با ساختار‌های بهینه‌شده، امکان ورود تعداد بیش‌تری یون لیتیوم را فراهم کرد. این دستاورد می‌تواند تحولات چشمگیری در صنایع گوناگون از جمله خودرو‌های برقی، دستگاه‌های الک‌ترونیکی قابل حمل و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ایجاد کند.
