از باتری‌های سکه‌ای تا باتری‌های پکی/ پیشرفت چشمگیر باتری‌های آبی آلبرتا، گزینه‌های انرژی را گسترش می‌دهد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان مهندسی در دانشگاه آلبرتا روشی را برای بهبود چشمگیر عملکرد باتری‌های قابل شارژ مبتنی بر آب توسعه داده‌اند و آنها را به عنوان جایگزینی ایمن‌تر و مقرون به صرفه‌تر برای سلول‌های لیتیوم-یونی معمولی معرفی می‌کنند.

باتری‌های پایه آب یا آبی از قرن نوزدهم وجود داشته‌اند. باتری سرب-اسیدی که در سال ۱۸۵۹ اختراع شد و هنوز هم به طور گسترده برای روشن کردن وسایل نقلیه با موتور احتراق داخلی استفاده می‌شود، نمونه‌ای شناخته شده از این باتری‌ها است.

اما باتری‌های آبی مدت‌هاست که با محدودیت‌های جدی از جمله چگالی انرژی پایین، ولتاژ محدود و ظرفیت ذخیره‌سازی ناکافی مواجه هستند.

این کاستی‌ها مانع از آن شده است که آنها بتوانند وسایل نقلیه الکتریکی را به کار اندازند یا ذخیره‌سازی قابل اعتمادی برای منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی فراهم کنند.

بازنگری در طراحی هسته باتری

در مقابل، باتری‌های لیتیوم-یونی مزایایی مانند چگالی انرژی بالا، شارژ سریع، عمر طولانی و ساختار سبک وزن دارند. اما خطرات و هزینه‌های قابل توجهی از جمله احتمال آتش‌سوزی یا انفجار را به همراه دارند.

اکنون، ژیائولی وانگ، دانشمند مواد و ژیژیائو شو، دانشجوی دکترا از دانشکده مهندسی شیمی و مواد دانشگاه، می‌گویند که به موفقیتی دست یافته‌اند که شکاف عملکردی را کاهش می‌دهد.

تحقیقات آنها جزئیات ساختار الکترودی

بازطراحی‌شده‌ای را شرح می‌دهد که معیار‌های کلیدی عملکرد باتری‌های آبی، از جمله چگالی انرژی، سرعت شارژ و طول عمر را افزایش می‌دهد.

وانگ توضیح می‌دهد: باتری‌های آبی ارزان‌تر هستند، به راحتی دفع می‌شوند، زیرا فقط از آب استفاده می‌کنیم و سمی یا قابل اشتعال نیستند. اما چالش همیشه عملکرد بوده است.

باتری‌های ساخته شده از مواد آلی مانند انواع آبی معمولاً با رسانایی الکتریکی ضعیفی دست و پنجه نرم می‌کنند. برای جبران، اغلب کربن اضافی اضافه می‌شود، اما این کار فضای لازم برای مواد ذخیره انرژی واقعی را کاهش می‌دهد و ظرفیت انرژی باتری را بیشتر محدود می‌کند.

تیم وانگ با طراحی مجدد الکترود باتری - جزئی که انرژی در آن ذخیره می‌شود - این مشکل را برطرف کرد. برخلاف باتری‌های لیتیوم-یونی که به حلال‌های آلی متکی هستند، باتری‌های آبی از یک الکترولیت مبتنی بر آب برای انتقال جریان الکتریکی بین کاتد و آند استفاده می‌کنند.

این تیم با توسعه‌ی چیزی که آن را الکترود‌های آلی تحت فشار می‌نامند، به دستاورد‌های قابل توجهی دست یافتند: واکنش‌پذیری شیمیایی بهبود یافته، رسانایی الکتریکی، پایداری حرارتی، استحکام مکانیکی و خواص چسبندگی.

وانگ می‌گوید: در نتیجه، آنها سریع‌تر شارژ می‌شوند، دوام بیشتری دارند و انرژی بسیار بیشتری ذخیره می‌کنند، و اکنون تقریباً از تمام باتری‌های آلی دیگر عملکرد بهتری دارند.

افزایش مقیاس ذخیره‌سازی پاک

تاکنون، این تیم این فناوری را با استفاده از سلول‌هایی به اندازه سکه و نمونه‌های اولیه بزرگتر تقریباً به اندازه یک کیسه ساندویچ کوچک نشان داده است. در حالی که نتایج آزمایشگاهی امیدوارکننده است، وانگ اذعان می‌کند که افزایش مقیاس به فرمت‌های باتری بزرگتر همچنان یک چالش کلیدی است.

مرحله بعدی، یافتن یک شریک صنعتی برای کمک به توسعه این فناوری برای کاربرد‌های دنیای واقعی است.

هدف ما ساخت این باتری‌ها برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ (صنعتی) است. اما اگر بتوانیم با هزینه و نگرانی‌های ایمنی کمتر به عملکرد قابل مقایسه‌ای برای وسایل نقلیه الکتریکی برسیم، چرا که نه؟

این تیم دانشگاهی اکنون به دنبال همکاران تجاری است تا طرح الکترود آلی تحت فشار خود را به بازار عرضه کند و گامی بالقوه در جهت جستجوی راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی ایمن‌تر و مقیاس‌پذیر بردارد.

این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.