پژوهشگران چینی نوعی باتری پایه آب ساختهاند که ادعا میشود بسیار ایمنتر و کممصرفتر از باتریهای لیتیومی غیرآبی اشتعالزا است.
بهگزارش تکناک، محققان در چین باتری آبی با چگالی انرژی زیاد براساس انتقال چندالکترونی هالوژن توسعه دادهاند. نکته جالب این است که محققان میگویند این باتری پایه آب جدید دو برابر چگالی انرژی بیشتری از گزینههای سنتی لیتیومیون خواهد داشت. این قابلیت تحولی جدید در صنعت خودروهای برقی میتواند ایجاد کند.
علاوهبراین، باتری پایه آب از آب بهعنوان حلّال برای الکترولیتها استفاده میکند که ایمنی آنها را افزایش میدهد. باتریهای لیتیومیونی غیرآبی سنتی چگالی انرژی زیادی دارند؛ اما ایمنی آنها بهدلیل الکترولیتهای آلی اشتعالزا بهخطر میافتد. الکترولیتهای آلی اشتعالزا اجزایی هستند که به باتری اجازه شارژ و تخلیه میدهند.
بهطور کلی، باتریهای آبی بهدلیل حلّالیت محدود الکترولیت و ولتاژ کم باتری، چگالی انرژی کمتری دارند. گروهی تحقیقاتی بهرهبری پروفسور لی شیانفنگ از مؤسسه فیزیک شیمیایی دالیان (DICP) وابسته به آکادمی علوم چین (CAS) با همکاری گروهی بهسرپرستی پروفسور فو کیانگ از DICP، کاتد انتقال چندالکترونی برپایه برم و ید را توسعه دادند.
طبق مطالعه جدید منتشرشده در Nature Energy، این کاتد در آزمایش کامل باتری، ظرفیت ویژهای بیش از ۸۴۰ میلیآمپرساعت بر لیتر و چگالی انرژی حداکثر ۱۲۰۰ واتساعت بر لیتر براساس کاتولیت بهدست آورد.
پژوهشگران برای بهبود چگالی انرژی باتریهای آبی از محلول مخلوطی از یونهای ید (I-) و برمید (Br-) بهعنوان الکترولیت استفاده کردند. آنها واکنش چندالکترونی را توسعه دادند که یونهای ید را به عنصر ید (I2) و سپس به یدات (IO3-) منتقل میکند.
پژوهشگران گفتند که در طول فرایند شارژ، یونهای ید در سمت مثبت به یدات اکسیدشده و یونهای هیدروژن (H+) تولیدشده بهصورت الکترولیت پشتیبان بهسمت منفی هدایت میشوند. در فرایند تخلیه، یونهای هیدروژن از سمت مثبت هدایت میشوند و یدات به ید کاهش مییابند.
فرایند کاتد انتقال چندالکترونی توسعهیافته ظرفیت ویژه ۸۴۰ میلیآمپرساعت بر لیتر داشت. محققان با ترکیب کاتد با کادمیوم (فلزی برای تشکیل باتری کامل)، به چگالی انرژی تا ۱۲۰۰ واتساعت بر لیتر براساس کاتولیت توسعهیافته دست یافتند.
بهگفته محققان، Br- اضافهشده به الکترولیت میتوانست در طول فرایند شارژ، یدید برمید قطبی (IBr) تولید کند که واکنش با H2O برای تشکیل IO3- را تسهیل میکرد. در طول تخلیه، IO3- میتوانست Br- را به Br2 اکسید و در واکنش الکتروشیمیایی شرکت کند تا تخلیه برگشتپذیر و سریع IO3- را محقق سازد. بنابراین، واسطه برمید تشکیلشده در طول فرایند شارژ و تخلیه، فرایند واکنش را بهینه میکند و بهطور مؤثری جنبشی و برگشتپذیری واکنش الکتروشیمیایی را بهبود میبخشد.
طبق گزارش SCMP، زمانیکه محققان الکترولیت خود را با آند وانادیوم آزمایش کردند، دریافتند که عمر مفید باتریها میتواند تا ۱۰۰۰ چرخه افزایش یابد که نشاندهنده پایداری درخورتوجه است. همچنین، دانشمندان اشاره کردند که چگالی انرژی باتریهای آنها حتی از برخی مواد الکترود جامد فراتر رفته است و میتواند ازنظر هزینه با باتریهای لیتیومی سنتی مقایسه شود.
محققان ادعا کردند کارشان نشان میدهد که باتریهای آبی با چگالی انرژی فراوان را میتوان توسعه داد و گزینه توسعهای را برای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه و حتی وسایل نقلیه الکتریکی ارائه میدهد. پروفسور لی گفت:
این مطالعه ایده جدیدی برای طراحی باتریهای آبی با چگالی انرژی بسیار زیاد ارائه میدهد و ممکن است کاربرد باتریهای آبی را در حوزه باتریهای قدرت گسترش دهد.
