باتری‌های آبی با کاتد پیشرفته؛ عمر طولانی‌تر و انرژی بیشتر

01

از 02

کاربرد باتری‌های روی-یونی آبی در اقلیم‌های سرد و گجت‌ها

فناوری نوآورانه باتری‌های روی-یونی، به‌ویژه برای دستگاه‌های الکترونیکی در اقلیم‌های سرد، گجت‌های پوشیدنی و ذخیره‌سازی انرژی شبکه‌ای، ایدئال قلمداد می‌شود. تیم پژوهشی با بهره‌گیری از روش‌های هیدروترمال اقتصادی و هم‌زدن ساده، راهکاری مناسب برای تولید انبوه باتری‌های روی-یونی ارائه کرده است.

بخوانید: بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی سقفی جهان در بحرین راه‌اندازی می شود

طراحی نسل آینده کاتد در این سیستم، نقشه راهی برای استراتژی‌های هم‌درج در وانادات‌های لایه‌ای و فراتر از آن فراهم می‌کند. پژوهشگران تاکید کردند که در تحقیقات آینده، مواد هم‌درج جدید و بهینه‌سازی الکترولیت‌ها برای عملکرد در دامنه‌های دمایی گسترده‌تر مورد بررسی قرار خواهند گرفت. این مطالعه به سرپرستی پروفسور زیجیان لی نشان می‌دهد که اثر هم‌افزای K⁺ و C3N4 در فرایند هم‌درج، تعامل الکترواستاتیک میان Zn²⁺ و لایه [VOn] را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد و ظرفیت ویژه و پایداری چرخه‌ای باتری را به طرز قابل‌ توجهی بهبود می‌بخشد.

02

از 02

کاتدهای ماندگار و مناسب برای طیف وسیعی از دماها

مطالعه منتشرشده در Nano-Micro Letters گزارش می‌دهد که ورقه‌های نانویی KNVO-C3N4 با فاصله بین‌لایه‌ای گسترده برای نخستین بار سنتز شده‌اند تا کاتدهایی با نرخ بالا، پایدار و مناسب برای طیف وسیعی از دماها ایجاد کنند. نتایج دینامیک مولکولی و آزمایش‌های عملی نشان می‌دهد که محتوای بهینه C3N4 می‌تواند واکنش‌های الکتروشیمیایی را سریع‌تر کند. پژوهشگران بیان کردند: «اثر هم‌افزای K⁺ و C3N4 در فرایند هم‌درج، تعامل الکترواستاتیک میان Zn²⁺ و لایه [VOn] را به‌ طور قابل‌ توجهی کاهش می‌دهد و ظرفیت ویژه و پایداری چرخه‌ای را بهبود می‌بخشد. بنابراین، الکترود KNVO-C3N4 در دمای محیط و شرایط شدید محیطی، عملکرد الکتروشیمیایی برجسته‌ای ارائه می‌دهد.»

مطلب پیشنهادی: این ژنراتور از قطرات باران برق تولید می کند!

این الکترود علاوه بر نرخ عملکرد عالی (228.4 mAh g⁻¹ در 20 A g⁻¹)، پایداری چرخه‌ای طولانی‌مدت (174.2 mAh g⁻¹ پس از ۱۰,۰۰۰ چرخه) و چگالی توان/انرژی بالای 210.0 Wh kg⁻¹ در 14,200 W kg⁻¹ را در دمای محیط ارائه می‌کند و در دماهای –۲۰ °C و ۶۰ °C نیز عملکرد ذخیره‌سازی قابل‌ توجهی نشان می‌دهد. تیم پژوهشی معتقد است که این استراتژی، مسیر تازه‌ای برای توسعه کاتدهای با عملکرد بالا و باتری‌های روی-یونی آبی را فراهم می‌کند، که قادر به فعالیت در شرایط دمایی شدید هستند.

بخوانید: استفاده از  زباله‌ پلاستیکی برای افزایش توان باتری‌ها

همچنین پژوهشگران تاکید کردند که اثر هم‌افزای K⁺ و C3N4 باعث کاهش تعاملات الکترواستاتیک و پایین آمدن مانع انتشار یون‌های Zn²⁺ می‌شود. افزایش فاصله بین‌لایه‌ای تا ۱۰.۶۲ Å و ایجاد خلأهای اکسیژن بیشتر، ساختار کاتد را در طول چرخه‌ها پایدار نگه می‌دارد. نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و آزمایش‌های عملی تایید می‌کنند که با تنظیم فاصله بین‌لایه‌ای از طریق تغییر محتوای C3N4، می‌توان کارایی واکنش‌ها و سرعت انتقال یون‌ها را به‌طور موثری بهبود بخشید. پژوهشگران تصریح کردند که اثر هم‌افزای K⁺ و C3N4 در فرایند هم‌درج، مانع انرژی را کاهش می‌دهد، تعاملات الکترواستاتیک را محدود می‌کند و هم‌زمان، سرعت واکنش و پایداری ساختاری باتری را به شکل قابل توجهی ارتقا می‌دهد.