فهرست مطالب
پژوهشگران دانشگاه فلیندرز یک باتری شارژی آبی روی-ید توسعه داده‌اند که می‌تواند بیش از ۶۰ هزار چرخه شارژ و تخلیه را تحمل کند و تنها در سه دقیقه شارژ شود.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، این باتری که با نام AZIB شناخته می‌شود، به عنوان جایگزینی برای باتری‌های لیتیوم‌یونی طراحی شده است. پژوهشگران بیان کردند که نرخ افت عملکرد آن در هر چرخه تنها حدود ۰٫۰۰۰۱ تا ۰٫۰۰۰۳ درصد است و همین فرسایش بسیار ناچیز، عمر چرخه‌ای بالای آن را توضیح می‌دهد.
ژونگفان جیا، دانشیار شیمی و پژوهشگر کالج علوم و مهندسی دانشگاه فلیندرز اعلام کرد که باتری‌های شارژی آبی روی-ید در حال تبدیل شدن به گزینه‌ای عملی برای جایگزینی باتری‌های لیتیوم‌یونی در ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ هستند. به گفته او، گروه پژوهشی اکنون با صنعت همکاری می‌کند تا یک پلتفرم نمونه‌سازی برای این سامانه باتری ایجاد کند.
در حال حاضر باتری‌های لیتیوم‌یونی، بازار خودروهای برقی و تجهیزات الکترونیکی قابل حمل را در اختیار دارند، اما هزینه، خطر آتش‌سوزی و تولید پسماند زیست‌محیطی گسترده از چالش‌های اصلی آنها است. استرالیا به‌تنهایی سالانه حدود ۳۳۰۰ تن پسماند باتری لیتیومی تولید می‌کند و پیش‌بینی شده است این رقم تا سال ۲۰۳۶ از ۱۳۶ هزار تن عبور کند.
بیشتر بخوانید: باتری جامد سرامیکی غیرقابل اشتعال ساخته شد
مهار اثر شاتل با پلیمر مشتق از نشاسته
باتری‌های روی-ید به دلیل استفاده از الکترولیت مبتنی بر آب و ماهیت غیرقابل‌اشتعال خود، مسیر متفاوتی برای ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌کنند. هرچند، این باتری‌ها با مشکلی موسوم به «اثر شاتل» روبه‌رو هستند. در این پدیده، گونه‌های پلی‌ید از جداکننده باتری عبور می‌کنند و در طول زمان باعث افت عملکرد می‌شوند.
پژوهشگران دانشگاه فلیندرز برای حل این مشکل، یک ماده میزبان را با استفاده از پلیمر ارزان‌قیمت و زیست‌تخریب‌پذیر مبتنی بر سیکلودکسترین ساخته‌اند. این پلیمر از نشاسته مشتق می‌شود و می‌تواند پلی‌هالیدها را در ساختاری میکروسکوپی به دام بیندازد و در زمان لازم آزاد کند.
مولکول‌های سیکلودکسترین پیش‌تر در صنایع غذایی و محصولات آرایشی، کاربرد گسترده‌ای داشته‌اند. پژوهشگران در این مطالعه از ویژگی‌های ساختاری این مولکول‌ها برای ایجاد نوعی قفس میکروسکوپی استفاده کردند. بخش بیرونی این ساختار آب‌دوست و بخش داخلی آن آب‌گریز است و همین ترکیب به سامانه اجازه می‌دهد پلی‌هالیدها را کنترل کند و از نشت آنها جلوگیری کند.
جیا بیان کرد که این سامانه با استفاده از پلیمرهای مشتق از الیگوساکاریدهای ارزان‌قیمت و زیست‌تخریب‌پذیر، رویکرد جدیدی برای کاهش جابه‌جایی پلی‌یدید ارائه می‌دهد. به گفته او، این روش می‌تواند زمینه ساخت باتری‌های آبی روی-ید پایدار و بادوام را فراهم کند.
نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد باتری در ولتاژ عملیاتی ۱٫۳ تا ۱٫۴ ولت عملکرد قابل توجهی دارد. هنگامی که باتری در هفت دقیقه به‌طور کامل شارژ می‌شود، ظرفیت آن به ۲۰۰ میلی‌آمپرساعت بر گرم می‌رسد و این سطح عملکرد را برای بیش از ۸۰۰۰ چرخه حفظ می‌کند.
پژوهشگران با کاهش ظرفیت هدف به ۱۵۰ میلی‌آمپرساعت بر گرم، امکان شارژ فوق‌سریع سه‌دقیقه‌ای را فراهم کردند. در این شرایط، باتری توانست بیش از ۶۰ هزار چرخه شارژ و تخلیه را پشت سر بگذارد. نرخ افت عملکرد ۰٫۰۰۰۱ تا ۰٫۰۰۰۳ درصدی در هر چرخه، یکی از عوامل اصلی دستیابی به چنین عمر طولانی است.
بیشتر بخوانید: چرا باتری گوشی در حالت خاموش هم خالی می شود؟ + تصویر
ذخایر روی، مزیت راهبردی باتری آبی استرالیا
پژوهشگران معتقد هستند باتری‌های مبتنی بر روی می‌توانند گزینه‌ای ایمن‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و در دسترس‌تر از سامانه‌های لیتیوم‌یونی باشند. این باتری‌ها خطر آتش‌سوزی را از بین می‌برند و در عین حال می‌توانند از نظر انرژی ویژه و چگالی انرژی با باتری‌های لیتیوم‌یونی رقابت کنند یا حتی در برخی شرایط عملکرد بالاتری ارائه دهند.
هزینه پایین و فراوانی مواد اولیه نیز از مزیت‌های اصلی باتری‌های روی به حساب می‌آید. همین ویژگی‌ها باعث شده‌اند مواد مبتنی بر روی مدت‌ها در باتری‌های یک‌بارمصرف جایگاه مهمی داشته باشند و اکنون توجه پژوهشگران به استفاده گسترده‌تر از آنها در سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی جلب شود.
تمرکز فرآوری لیتیوم در چین نیز یکی دیگر از دلایلی است که پژوهشگران و صنایع را به بررسی گزینه‌های جایگزین سوق می‌دهد. این تمرکز می‌تواند کشورهای دیگر را در برابر اختلال‌های زنجیره تأمین آسیب‌پذیر کند.
این فناوری برای استرالیا اهمیت اقتصادی ویژه‌ای دارد. این کشور ذخایر شناخته‌شده بزرگی از روی در اختیار دارد و حدود ۲۰ تا ۲۸ درصد کل ذخایر شناخته‌شده روی جهان در استرالیا قرار گرفته است. باتری‌های آبی روی-ید معمولاً از فلز روی به عنوان آند استفاده می‌کنند و به همین دلیل، توسعه این فناوری می‌تواند یک مزیت راهبردی برای صنعت ذخیره‌سازی انرژی استرالیا ایجاد کند.
شانگشو جیانگ، یکی از نویسندگان نخست این پژوهش معتقد است بهره‌برداری از منابع گسترده داخلی روی می‌تواند پایه شکل‌گیری یک صنعت ذخیره‌سازی انرژی ایمن و مستقل را در استرالیا فراهم کند.
آزمایشگاه دانشگاه فلیندرز اکنون با شرکای صنعتی برای ایجاد یک پلتفرم نمونه‌سازی تجاری همکاری می‌کند. پژوهشگران امیدوار هستند ترکیب روی با مواد ارزان‌قیمت مشتق از قندهای گیاهی، مسیر ساخت نسل تازه‌ای از باتری‌های پایدار را هموار کند.
یافته‌های این پژوهش در مجله علمی Angewandte Chemie منتشر شده است.
بیشتر بخوانید: کاخ سفید مراکز داده و باتری‌ها را از فهرست فناوری‌های حیاتی حذف کرد
