استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت باتری های نوین

توسط فروردین 4, 1400 اخبار فناوری

باتری‌های لیتیوم یونی نقشی حیاتی در زندگی مدرن دارند. از بازار تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها گرفته تا اسباب‌بازی‌های جدید، نام این باتری‌ها به گوش می‌خورد. با این حال، یک تهدید ایمنی در این قطعات ارزشمند وجود دارد. باتری‌های لیتیوم یونی ممکن است آتش بگیرند.

استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت باتری های نوینباتری‌های آبی پایه روی (Zinc-Based Aqueous Batteries) با استفاده از الکترولیت آبی (به جای حلال‌های شیمیایی سابق) از تهدید آتش‌سوزی جلوگیری می‌کنند. اما رشد کنترل نشدۀ دندریت‌ها، پتانسیل آن‌ها را برای داشتن عمری طولانی و عملکرد بالای موردنیاز برای کاربردهای عملی، محدود می‌کند.

در حال حاضر، دانشمندان در مجلۀ Nature Communications توضیح داده‌اند که یک آند نانو آلیاژ سه‌بعدی از جنس روی-منگنز این معایب را برطرف کرده است. همچنین منجر به یک باتری آبی ثابت، با کارایی بالا و بدون دندریت شده است که از آب دریا به عنوان الکترولیت استفاده می‌کند.

طبق گفتۀ Xiaonan Shan، نویسندۀ همکار این تحقیق و استادیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه هوستون (UH)، این یافته نویدبخش پیشرفت شگرفی در ذخیرۀ انرژی و سایر کاربردها مانند بهبود وسایل نقلیۀ الکتریکی خواهد بود. شان در این باره گفته است:

این باتری در عین کم هزینه بودن، چگالی انرژی بالا و پایداری را فراهم می‌کند. این باتری‌ها قابل شارژ بوده و از هر نظری مطمئن هستند.

علاوه بر توسعۀ این باتری، دانشجوی دکتر شان و دکترای دانشگاه UH، “گوانگشیا فنگ” روش تجسم نوری درجا (In Situ Optical Visualization) را طراحی کرده است. این فرآیند به محققان این امکان را می‌دهد که بلافاصله، دینامیک واکنش را روی آند و در زمان واقعی مشاهده کنند. شان در مورد این سیستم می گوید:

در واقع این سیستم توانایی تصویربرداری مستقیم از دینامیک واکنش الکترود را در محل به ما می‌دهد. این اطلاعات مهم، شامل سینتیک واکنش نیز هست که به ما کمک می‌کند پدیده‌هایی را که قبلاً به راحتی قابل دسترسی نبودند درک کنیم.

آزمایشات نشان می‌دهد که آخرین آند آلیاژی نانو آلیاژ روی-منگنز بدون هیچ آسیبی به مدت بیش از 1000 ساعت چرخۀ شارژ یا تخلیه، پایدار بوده است. این آزمایشات تحت تراکم جریان زیاد (80 میلی آمپر در سانتی‌متر مربع) انجام گرفته است.

آند الکترودی است که جریان را از یک باتری تخلیه می‌کند. الکترولیت‌ها نیز به عنوان محیطی عمل می‌کنند که بار یونی میان آند و کاتد را در جریان نگه دارد. استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت به جای آب چندبار تصفیه شده (Highly Purified Water) به عنوان راه دیگری برای کاهش شارژ باتری پیشنهاد شده است.

در باتری‌های آبی که از مواد آند سابق استفاده می‌کنند، آند مستعد دندریتی شدن است. رشدهای موضعی کوچکی که می‌توانند باعث از بین رفتن شارژ باتری شوند. شان و همکارانش با تنظیم ترمودینامیک واکنش سطحی با آلیاژ روی و همچنین سینتیک واکنش با کمک ساختار سه‌بعدی، رویکردی را برای کاهش و ممانعت موثر از رشد دندریت در سیستم‌های آبی پیشنهاد کرده‌اند.

به گفتۀ شان، دانشمندان UH و دانشگاه فلوریدای مرکزی اکنون در حال بررسی سایر آلیاژهای فلزی به جز روی و منگنز هستند.

منبع: iran-mavad.com

مطالب مرتبط: