این کاتالیزور کارایی باتری‌های لیتیوم-هوا را بهبود می دهد!

یک تیم تحقیقاتی چینی با معرفی کاتالیزوری به نام DMII، عملکرد باتری‌های لیتیوم-هوا را بهبود و عمر و ظرفیت آنها را افزایش داده‌اند.

به گزارش تک‌ناک، باتری‌های لیتیوم-هوا (Li-O2) به‌ دلیل توانایی بالای خود در ذخیره انرژی نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی، پتانسیل زیادی دارند. اما این باتری‌ها همواره با چالش‌هایی نظیر عمر کوتاه و محدودیت‌های عملکردی روبه‌رو بوده‌اند.

اکنون این پیشرفت جدید با رفع بسیاری از این مشکلات باعث شده است که باتری‌های لیتیوم-هوا با ولتاژ بسیار پایین 0.52 ولت و پایداری چرخه‌ای بیش از 960 ساعت، عملکردی فوق‌العاده از خود نشان دهند.

همچنین تولید پراکسید لیتیوم (Li2O2) تا 95.8 درصد به‌ طور مؤثر و بدون هیچ‌گونه واکنش جانبی تأیید می‌شود. این دستاورد، نویدبخش تغییرات اساسی در زمینه ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا است.

چالش‌ها و فرصت‌های باتری‌های لیتیوم-هوا

باتری‌های Li-O2 طراحی متفاوتی نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی دارند. در این باتری‌ها، یون‌های لیتیوم از آند فلزی به کاتد متخلخل منتقل می‌شوند و با اکسیژن محیط واکنش می‌دهند و پراکسید لیتیوم (Li2O2) تولید می‌کنند. هنگام شارژ، این فرایند معکوس می‌شود و یون‌های لیتیوم به آند بازمی‌گردند، در حالی که اکسیژن آزاد می‌شود.

اگرچه این طراحی می‌تواند انرژی بیشتری ذخیره کند، اما مشکلاتی نیز دارد. مشکلاتی مانند: مقاومت بالا در برابر واکنش‌ها، هدایت ضعیف پراکسید لیتیوم و مسدود شدن منافذ کاتد با باقی‌مانده‌های واکنش از جمله این موارد هستند.

این عوامل باعث می‌شوند که باتری به خوبی عمل نکند. همچنین ولتاژهای بالا برای تولید اکسیژن ممکن است الکترولیت را تخریب نماید و واکنش‌های جانبی ناخواسته ایجاد کند، که عمر باتری را کاهش می‌دهد.

گامی به سوی بهبود عملکرد با نوآوری در کاتالیزورها

تیم تحقیقاتی چینی از نمک جدیدی به نام 1,3-دیمتیل ایمیدازولیوم یدید (DMII) استفاده کرده‌اند، که به‌ عنوان کاتالیزور عمل می‌کند و به واکنش‌ها کمک می‌نماید.

این نمک شامل یون‌های یدید (I−) است، که به راحتی به I3− تبدیل می‌شوند و الکترون‌ها را جابه‌جا می‌کنند. این فرایند باعث کاهش مقاومت کاتد، افزایش سرعت واکنش‌ها و بهبود انتقال بار در باتری می‌شود.

یون‌های +DMI موجود در DMII با ویژگی‌های خاص خود، مانند ساختار حلقوی که حرکت راحت الکترون‌ها را به دنبال دارند، باعث افزایش کارایی فرایند می‌شوند و از آند در برابر آسیب‌های ناشی از تماس مستقیم با الکترولیت محافظت می‌کنند.

نتایج برجسته و چشم‌انداز آینده

آزمایش‌های الکتروشیمیایی نشان داده‌اند که این نوآوری باعث بهبود چشمگیر عملکرد باتری‌های Li-O2 شده است. افت پتانسیل بسیار پایین 0.52 ولت، پایداری چرخه‌ای بیش از 960 ساعت و تشکیل و تجزیه معکوس Li2O2 بدون واکنش‌های جانبی ناخواسته از جمله نتایج برجسته‌ای هستند که محققان به آن دست یافته‌اند.

این پیشرفت می‌تواند به عنوان گامی مهم در راه توسعه باتری‌های لیتیوم-هوا با عمر طولانی‌تر و ظرفیت بالاتر شناخته شود و به‌ طور قابل توجهی از تخریب الکترولیت و واکنش‌های مضر جلوگیری کند و عمر باتری را افزایش دهد.

به نظر می‌رسد که این نوآوری در زمینه ذخیره‌سازی انرژی، به ویژه در صنعت خودروهای الکتریکی و دستگاه‌های قابل حمل، تأثیرات عمده‌ای داشته باشد و مسیر را برای نسل جدیدی از باتری‌ها هموار کند.