محققان دانشگاه صنعتی وین اتریش، یک باتری یون اکسیژن ساخته اند که می تواند در سیستم های ذخیره انرژی بزرگ به جای باتری های لیتیوم یونی استفاده شود.
به گزارش تکناک، اگرچه چگالی انرژی یک باتری اکسیژن یونی به اندازه باتری لیتیوم یونی نیست، اما مزایای مهمی دارد.
برخلاف باتریهای لیتیوم یونی، ظرفیت ذخیرهسازی باتری اکسیژن-یون با گذشت زمان کاهش نمییابد، زیرا میتوان آن را بازسازی کرد. این ویژگی می تواند باعث عمر بسیار طولانی باتری شود. همچنین، باتریهای یون اکسیژن را میتوان بدون عناصر کمیاب تولید کرد و از مواد غیر قابل احتراق ساخته شدهاند که از بروز حوادث آتشسوزی جلوگیری میکند.
اگرچه این ویژگی ها خیلی خاص به نظر نمی رسند، اما می توانند نحوه ساخت باتری ها را به روشی که مناسب محیط زیست باشد تغییر دهند. باتری های موجود، مانند لیتیوم-یون (Li-on)، به عناصر کمیاب خاکی نیاز دارند که استخراج و پردازش آنها بدون آسیب رساندن به محیط زیست یا افراد بسیار سخت است.
در این مطالعه مواد سرامیکی برای مناسب بودن آنها در ساخت باتری اکسیژن-یون مورد بررسی قرار گرفت. مواد سرامیکی که محققان دانشگاه صنعتی وین از آن استفاده کردند می توانند یون های اکسیژن با دو بار منفی را جذب کرده و رها کنند.
شباهت بین الکترودهای پیل سوختی/الکترولیز اکسید جامد و الکترودهای باتری لیتیوم یونی: هر دو الکترود میتوانند گونههای بیبار (O یا Li) را ذخیره کنند که در اینجا به رنگ آبی تیره نشان داده شده است. علاوه بر این، الکترودهای SOFC میتوانند گونههای بیبار را با جو مبادله کنند، که با پیکانهای منحنی روشن نشان داده شده است. اگر مسیر آخر بسته باشد، الکترودهای SOFC به طور مشابه با الکترودهای LIB عمل میکنند.
هنگامی که یک ولتاژ الکتریکی اعمال می شود، یون های اکسیژن از یک ماده سرامیکی به ماده دیگر سرامیکی حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند. ایده اولیه مانند باتری لیتیوم یونی است، اما مواد سرامیکی مزایای متعددی دارند.
یکی از اعضای تیم، توبیاس هوبر، گفت: شما می توانید عناصر خاصی را که بدست آوردن آنها دشوار است با سایر عناصر نسبتا متداول جایگزین کنید. به عنوان مثال لانتانیم که نه کمیاب است و نه فراوان، در نمونه اولیه باتری استفاده شده است. با این حال، تحقیقاتی در حال انجام است تا حتی لانتانوم را با چیزی ارزانتر جایگزین کند.
طول عمر بالقوه باتری اکسیژن-یون مهمترین مزیت آن است. در بسیاری از باتری ها، حامل های بار در بعضی از قسمت ها نمی توانند حرکت کنند. بنابراین، دیگر نمی توان از آنها برای تولید برق استفاده کرد و ظرفیت باتری کاهش می یابد. پس از چرخه های شارژ زیاد، این می تواند به یک مشکل جدی تبدیل شود. با این حال، باتری یون اکسیژن را می توان بدون هیچ مشکلی بازسازی کرد. اگر اکسیژن به دلیل واکنش های جانبی از دست برود، اکسیژن هوای محیط می تواند اتلاف را جبران کند.
در حال حاضر، فناوری باتری های یون اکسیژن برای گوشیهای هوشمند یا خودروهای برقی در نظر گرفته نشده است، زیرا تنها حدود یک سوم چگالی انرژی باتریهای لیتیوم یونی را دارد و در دمای بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد کار میکند. اما این فناوری هنگام ذخیره انرژی هیجان انگیز است، به خصوص در واحدهای ذخیره سازی بزرگ که به طور موقت انرژی خورشید یا باد را نگه می دارند. الکساندر اشمید از موسسه فناوریهای شیمیایی و تجزیه و تحلیل دانشگاه صنعتی وین میگوید: در هنگام استفاده از واحدهای ذخیره انرژی بسیار بزرگ چگالی انرژی کمتر و افزایش دمای کار نقش تعیین کننده ای ندارد. اما نقاط قوت باتری جدید ما در این واحدها قابل توجه است. این موارد شامل عمر طولانی، امکان تولید بدون استفاده از عناصر کمیاب، و کاهش خطر آتش سوزی است.
