ابداع یک فناوری جدید برای تحول در تولید باتری‌های زیست سازگار

پژوهشگران کره جنوبی، فناوری جدیدی ابداع کرده‌اند که می‌تواند راه را برای تولید انبوه باتری‌های سازگار با محیط زیست هموار کند.

کد خبر: ۴۸۰۷۵۴

تاریخ: ۰۳ مرداد ۱۴۰۱ - ۱۶:۱۶

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از میراژ نیوز، بیشتر سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی اخیرا باتری‌های لیتیوم-یونی را پذیرفته‌اند که بالاترین بلوغ فناوری را در میان باتری‌ها دارند. با وجود این، یک استدلال در مورد این باتری‌ها نشان می‌دهد که آنها برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی که مقادیر قابل توجهی برق را ذخیره می‌کنند، به دلیل وجود خطرات آتش‌سوزی، نامناسب هستند. بی‌ثباتی در عرضه بین‌المللی مواد خام برای ساخت لیتیوم-یونی نیز به عنوان یک نگرانی حیاتی ظاهر شده است. در مقابل، باتری‌های "روی-یون آبی"(AZIBs)، از آب به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند که اساسا از اشتعال باتری جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، قیمت روی که ماده خام آن به شمار می‌رود، یک شانزدهم قیمت لیتیوم است.

گروهی از پژوهشگران "موسسه علم و فناوری کره جنوبی"(KIST) به سرپرستی دکتر "مینا لی"(Minah Lee)، پژوهشگر مرکز پژوهش ذخیره انرژی این دانشگاه موفق شده‌اند نوعی فناوری را برای ساخت آندهای فلز روی با چگالی بالا ابداع کنند که کلید تجاری‌سازی باتری‌های روی-یون آبی به شمار می‌رود. انتظار می‌رود که این فناوری به عنوان یک کاتالیزور برای تولید انبوه باتری‌های 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 راه‌حل‌های کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست تولید کرد.

از آنجا که باتری‌های روی-یون آبی از دو الکترون در هر یون استفاده می‌کنند، از نظر حجم انرژی نسبت به باتری‌های یون-فلز قلیایی، سودمندتر هستند. اگر ظرفیت فلز روی که به عنوان آند برای ساخت باتری استفاده می‌شود، از دو برابر کاتد تجاوز نکند، می‌توان به میزان انرژی قابل مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی پی برد که امروزه تجاری‌سازی می‌شوند. علاوه بر این، حتی اگر ظرفیت فلز روی به پنج برابر کاتد برسد، همچنان رقابتی است زیرا به باتری‌های سدیم یونی شباهت دارد که به دلیل هزینه پایین و فراوانی ماده سازنده، به عنوان نسل بعدی باتری‌ها جلب توجه می‌کنند.

با وجود این، آندهای فلز روی، میزان انرژی و طول عمر باتری‌های روی-یون آبی را به دلیل رشد نامنظم نانوذرات هنگام کار کردن با باتری محدود می‌کنند. چگالی کم ذرات فلز روی و سطح گسترده در آند، خوردگی با الکترولیت را سرعت می‌بخشد و در نتیجه، فلز روی و الکترولیت فعال را تخلیه می‌کند. پژوهش‌ها معمولا از فلز روی ضخیمی استفاده می‌کنند که ۲۰ برابر ضخیم‌تر از میزان مورد نیاز برای مقابله با محدودیت‌های طول عمر است اما این امر به کاهش اجتناب‌ناپذیر چگالی انرژی و رقابت‌پذیری هزینه منجر شده است که بزرگترین نقاط قوت باتری‌های روی-یون آبی به شمار می‌روند.

گروه دکتر لی برای برطرف کردن این مشکل، ریزساختار آندهای فلز روی را کنترل کردند تا واکنش‌های جانبی را که باعث کاهش چگالی انرژی و طول عمر باتری‌های روی-یون آبی می‌شوند، کاهش دهند. آنها برای ساخت آندهای فشرده روی، یک محلول "حلال یوتکتیک عمیق"(DES) را به کار بردند که می‌توان آن را به راحتی در دمای اتاق تولید کرد. این محلول از کولین کلراید و اوره تشکیل شده است. پژوهشگران موفق شدند از این کشف برای توسعه فرآیند آبکاری الکترولیتی استفاده کنند که به فلزات روی امکان می‌دهد تا به طور متراکم و یکنواخت در محلول حلال یوتکتیک عمیق که کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست است، رشد کنند.

استفاده از آند فلز روی ساخته‌شده در یک باتری روی-یون آبی نشان داد که واکنش‌های خوردگی به طور موثر سرکوب می‌شوند و ظرفیت باتری تا بیش از ۷۰ درصد حفظ می‌شود. این نتیجه نسبت به نتیجه پژوهش‌های مشابه که از روی نازک استفاده می‌کردند، استثنایی است.

دکتر لی گفت: ما توانستیم یک فناوری اصلی را برای تجاری‌سازی باتری‌های روی-یون آبی ابداع کنیم که می‌تواند مشکل آتش‌سوزی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را که بزرگترین مانع برای تامین و گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر به شمار می‌رود، حل کند. ما انتظار داریم که این فناوری با ارائه یک راه‌حل اقتصادی و سازگار با محیط زیست، راه را برای تولید انبوه باتری‌های روی-یون آبی هموار کند.

این پژوهش، در مجله "Energy & Environmental Science" به چاپ رسید.