پژوهشگران کره جنوبی، فناوری جدیدی ابداع کرده اند که میتواند راه را برای تولید انبوه باتری های سازگار با محیط زیست هموار کند.
به گزارش ایسنا به نقل از میراژ نیوز، بیشتر سیستم های ذخیره سازی انرژی اخیرا باتری های لیتیوم- یونی را پذیرفته اند که بالاترین بلوغ فناوری را در میان باتری ها دارند. با وجود این، یک استدلال در مورد این باتری ها نشان می دهد که آن ها برای سیستم های ذخیره سازی انرژی که مقادیر قابل توجهی برق را ذخیره می کنند، به دلیل وجود خطرات آتش سوزی، نامناسب هستند. بی ثباتی در عرضه بین المللی مواد خام برای ساخت لیتیوم- یونی نیز به عنوان یک نگرانی حیاتی ظاهر شده است. در مقابل، باتری های "روی- یون آبی" (AZIBs)، از آب بعنوان الکترولیت استفاده می کنند که اساسا از اشتعال باتری جلوگیری می کند. علاوه‌براین، قیمت روی که ماده خام آن به شمار میرود، یک شانزدهم قیمت لیتیوم است.
جمعی از پژوهشگران "مؤسسه علم و فناوری کره جنوبی" (KIST) به سرپرستی دکتر "مینا لی" (Minah Lee)، پژوهشگر مرکز پژوهش ذخیره انرژی این دانشگاه موفق شده اند نوعی فناوری را برای ساخت آندهای فلز روی با چگالی بالا ابداع کنند که کلید تجاری سازی باتری های روی- یون آبی به شمار می رود. انتظار میرود که این فناوری به عنوان یک کاتالیزور برای تولید انبوه باتری های روی- یون آبی عمل کند زیرا آندهای فلز روی با چگالی انرژی بالا و عمر طولانی را میتوان از طریق یک فرآیند ساده آبکاری الکترولیتی و با استفاده از راه حل های کم هزینه و سازگار با محیطزیست تولید کرد.
از آنجا که باطری های روی- یون آبی از دو الکترون در هر یون استفاده می کنند، از نظر حجم انرژی نسبت به باتری های یون- فلز قلیایی، سودمندتر هستند. اگر ظرفیت فلز روی که بعنوان آند برای ساخت باتری استفاده می شود، از دو برابر کاتد تجاوز نکند، می توان به میزان انرژی قابل مقایسه با باتری های لیتیوم- یونی پی برد که امروزه تجاری سازی می شوند. علاوه‌براین، حتی اگر ظرفیت فلز روی به پنج برابر کاتد برسد، همچنان رقابتی است زیرا به باتری های سدیم یونی شباهت دارد که به دلیل هزینه پائین و فراوانی ماده سازنده، به عنوان نسل بعدی باتری ها جلب توجه می کنند.
با وجود این، آندهای فلز روی، میزان انرژی و طول عمر (Longevity) باتری های روی- یون آبی را به دلیل رشد نامنظم نانو ذرات (Nanoparticle) هنگام کار کردن با باتری محدود می کنند. چگالی کم ذرات فلز روی و سطح گسترده در آند، خوردگی با الکترولیت را سرعت می بخشد و در نتیجه، فلز روی و الکترولیت فعال را تخلیه می کند. پژوهش ها معمولا از فلز روی ضخیمی استفاده می کنند که ۲۰ برابر ضخیم تر از میزان مورد نیاز برای مقابله با محدودیت های طول عمر است اما این امر به کاهش اجتناب ناپذیر چگالی انرژی و رقابت پذیری هزینه منجر شده است که بزرگترین نقاط قوت باتری های روی- یون آبی به شمار می روند.
گروه دکتر لی برای برطرف کردن این مشکل، ریزساختار آندهای فلز روی را کنترل کردند تا واکنش های جانبی را که باعث کاهش چگالی انرژی و طول عمر باتری های روی- یون آبی میشوند، کاهش دهند. آنها برای ساخت آندهای فشرده روی، یک محلول "حلال یوتکتیک عمیق" (DES) را به کار بردند که می توان آن را به راحتی در دمای اتاق تولید کرد. این محلول از کولین کلراید و اوره تشکیل شده است. محققان موفق شدند از این کشف برای توسعه فرآیند آبکاری الکترولیتی استفاده کنند که به فلزات روی امکان می دهد تا بطور متراکم و یکنواخت در محلول حلال یوتکتیک عمیق که کم هزینه و سازگار با محیط زیست است، رشد کنند.
استفاده از آند فلز روی ساخته شده در یک باتری روی- یون آبی نشان داد که واکنش های خوردگی بطور مؤثر سرکوب میشوند و ظرفیت باتری تا بیش از ۷۰ درصد حفظ می شود. این نتیجه نسبت به نتیجه پژوهش های مشابه که از روی نازک استفاده می کردند، استثنایی است.
دکتر لی گفت: ما توانستیم یک فناوری اصلی را برای تجاری سازی باتری های روی- یون آبی ابداع کنیم که می تواند مشکل آتش سوزی سیستم های ذخیره سازی انرژی را که بزرگ ترين مانع برای تامین و گسترش انرژی های تجدیدپذیر به شمار میرود، حل کند. ما انتظار داریم که این فناوری با ارائه یک راه حل اقتصادی و سازگار با محیط زیست، راه را برای تولید انبوه باتری های روی- یون آبی هموار کند.
این پژوهش، در مجله "Energy& Environmental Science" به چاپ رسید.
- 19
- 3
