یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه مریلند (UMD) موفق شده‌اند با توسعه یک سیستم الکترولیت نوآورانه، موانع فنی دیرینه در زمینه ذخیره‌سازی انرژی باتری‌های آبی را از میان بردارند.
به گزارش تکناک، این دستاورد می‌تواند پلی میان باتری‌های آبی فعلی مانند: باتری‌های سرب-اسید و نیکل-هیدرید فلز و باتری‌های پیشرفته لیتیوم-یون غیرآبی ایجاد کند.
فهرست مطالب
ولتاژ بی‌سابقه ۰ تا ۴.۹ ولت در باتری‌های آبی
به گفته پروفسور وانگ چون‌شنگ، استاد مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی در UMD و سرپرست این پژوهش، سیستم جدید الکترولیت توانسته است به ولتاژ بی‌سابقه ۰.۰ تا ۴.۹ ولت دست یابد. این موضوع به معنای شکستن مرز ولتاژ الکترولیت‌های آبی است، که پیش‌تر در حدود ۱.۳ ولت محدود شده بود.
این پیشرفت راه را برای توسعه باتری‌های آبی با چگالی انرژی بالا و ایمن هموار می‌کند؛ این موضوع سال‌ها است که یکی از چالش‌های اصلی این حوزه به حساب می‌آید.
پایداری عملکرد در بیش از ۲۰۰۰ چرخه شارژ/دشارژ
باتری توسعه‌یافته با این الکترولیت نوین، عملکرد پایداری حتی پس از ۲,۰۰۰ چرخه آزمایشی از خود نشان داده، که نشان‌دهنده دوام و عملکرد بلندمدت عالی آن است.
فناوری دولایه بدون غشاء با مقاومت کم
دکتر ژانگ شی‌یوه، نویسنده اول این مقاله گفت: «ما موفق به توسعه الکترولیت‌های دولایه آبی/آلی بدون نیاز به غشاء شدیم و با افزودن ترکیبات یون‌دوست قوی (super-lithophilic ionophores)، مقاومت در مرز مشترک فازها را کاهش دادیم.»
ایمنی بالا و سازگاری با محیط زیست باتری‌های آبی
الکترولیت‌های مبتنی بر آب به دلیل غیرقابل اشتعال بودن و سازگاری زیست‌محیطی بالا، جایگزین بسیار امن‌تری نسبت به الکترولیت‌های سنتی هستند. اما تاکنون چالش محدوده پایداری الکتروشیمیایی محدود، مانع از کاربرد گسترده آنها شده بود.
اکنون، این چالش با نوآوری جدید رفع شده و راه برای ذخیره‌سازی انرژی ایمن، پایدار و قدرتمند در آینده باز شده است.
از هوانوردی الکتریکی تا بازیافت لیتیوم از آب دریا
به گفته محققان، این فناوری پتانسیل استفاده در طیف وسیعی از حوزه‌ها را دارد، که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- هوانوردی الکتریکی
- ذخیره‌سازی انرژی در شبکه‌های کم‌کربن
- استخراج لیتیوم از آب دریا
این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است و پایه‌ای نظری و عملی برای توسعه نسل آینده باتری‌ها فراهم می‌سازد.
حل چالش مخلوط شدن فازها در الکترولیت‌های دولایه
پژوهشگران بیان کردند که پیش از این، ترکیب شدن فاز آبی و غیرآبی و مقاومت زیاد در عبور یون‌های لیتیوم از مرز مشترک، مانع بزرگی بود. اما آنها با استفاده از موادی مانند ۱۲-کرون-۴ (12C4) و تتراگلایم (G4) به عنوان یون‌بر (ionophore)، توانستند یک سری گروه‌های نانویی از یون‌های لیتیوم را در هر دو فاز ایجاد و این مشکل را حل کنند.
مسیر هموار برای باتری‌های آبی با چگالی انرژی بالا
همچنین پژوهشگران توضیح دادند که الکترولیت‌های آب در نمک قبلی هرچند پایداری ۳.۰ ولت ارائه می‌دادند، اما با آندهای لیتیوم فلزی یا گرافیتی سازگار نبودند. این ناسازگاری ولتاژی، مانعی جدی در مسیر افزایش چگالی انرژی باتری‌های آبی بود.
اکنون، با عبور از مرز ۰.۰ ولت، افق‌های جدیدی در توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ایمن و قدرتمند گشوده شده است.
