استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت باتری های نوین

باتری های لیتیوم یونی نقشی حیاتی در زندگی مدرن دارند. از بازار تلفن های همراه و لپ تاپ ها گرفته تا اسباب بازی های جدید، نام این باتری ها به گوش می خورد. با این حال، یک تهدید ایمنی در این قطعات ارزشمند وجود دارد. باتری های لیتیوم یونی ممکن است آتش بگیرند.

باتری های آبی پایه روی (Zinc-Based Aqueous Batteries) با استفاده از الکترولیت آبی (به جای حلال های شیمیایی سابق) از تهدید آتش سوزی جلوگیری می کنند. اما رشد کنترل نشدۀ دندریت ها، پتانسیل آن ها را برای داشتن عمری طولانی و عملکرد بالای مورد نیاز برای کاربردهای عملی، محدود می کند.

در حال حاضر ، دانشمندان در مجلۀ Nature Communications توضیح داده اند كه یك آند نانو آلیاژ سه بعدی از جنس روی-منگنز این معایب را برطرف كرده است. همچنین منجر به یك باتری آبی ثابت، با كارایی بالا و بدون دندریت شده است كه از آب دریا به عنوان الكترولیت استفاده می كند.

طبق گفتۀ Xiaonan Shan، نویسندۀ همكار این تحقیق و استادیار مهندسی برق و كامپیوتر در دانشگاه هوستون (UH)، این یافته نویدبخش پیشرفت شگرفی در ذخیرۀ انرژی و سایر كاربردها مانند بهبود وسایل نقلیۀ الكتریكی خواهد بود. شان در این باره گفته است:

این باتری در عین کم هزینه بودن، چگالی انرژی بالا و پایداری را فراهم می کند. این باتری ها قابل شارژ بوده و از هر نظری مطمئن هستند.

علاوه بر توسعۀ این باتری، دانشجوی دکتر شان و دکترای دانشگاه UH، “گوانگشیا فنگ” روش تجسم نوری درجا (In Situ Optical Visualization) را طراحی کرده است. این فرایند به محققان این امکان را می دهد که بلافاصله، دینامیک واکنش را روی آند و در زمان واقعی مشاهده کنند. شان در مورد این سیستم می گوید:

در واقع این سیستم توانایی تصویربرداری مستقیم از دینامیک واکنش الکترود را در محل به ما می دهد. این اطلاعات مهم، شامل سینتیک واکنش نیز هست که به ما کمک می کند پدیده هایی را که قبلاً به راحتی قابل دسترسی نبودند درک کنیم.

آزمایشات نشان می دهد که آخرین آند آلیاژی نانوآلیاژ روی-منگنز بدون هیچ آسیبی به مدت بیش از 1000 ساعت چرخۀ شارژ یا تخلیه، پایدار بوده است. این آزمایشات تحت تراکم جریان زیاد (80 میلی آمپر در سانتی متر مربع) انجام گرفته است.

2

دقیــقه مطالعه

مزایا و کاربرد باتری گرافن چیست؟ و چگونه ساخته می‌شود؟

باتری‌های گرافن ساختاری مشابه باتری‌های معمولی دارند که از یک محلول الکترولیت و ...

آند الکترودی است که جریان را از یک باتری تخلیه می کند. الکترولیت ها نیز به عنوان محیطی عمل می کنند که بار یونی میان آند و کاتد را در جریان نگه دارد. استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت به جای آب چندبار تصفیه شده (Highly Purified Water) به عنوان راه دیگری برای کاهش شارژ باتری پیشنهاد شده است.

در باتری های آبی که از مواد آند سابق استفاده می کنند، آند مستعد دندریتی شدن است. رشدهای موضعی کوچکی که می توانند باعث از بین رفتن شارژ باتری شوند. شان و همكارانش با تنظیم ترمودینامیك واكنش سطحی با آلیاژ روی و همچنین سینتیك واكنش با كمك ساختار سه بعدی، رویكردی را برای كاهش و ممانعت موثر از رشد دندریت در سیستم های آبی پیشنهاد كرده اند.

به گفتۀ شان، دانشمندان UH و دانشگاه فلوریدای مرکزی اکنون در حال بررسی سایر آلیاژهای فلزی به جز روی و منگنز هستند.