آخرین بروزرسانی: بهمن ماه 1404
امروزه باتریها نقش بسیار موثری را در زندگی روزمره هرکدام از ما دارند و تقریبا بدون ابزار ذخیره کننده انرژی، مشکلات فراوانی را پیش رو خواهیم داشت. تاکنون پیشرفتهای چشمگیری در زمینه باتری انجام گرفته است اما چالشهایی نظیر ظرفیت پایین همچنان وجود دارد. نوع خاصی از باتریها به نام باتریهای لیتیوم هوا این مشکل را بسیار خوب حل کرده اند.
اما این نوع از باتریها چالشهای مخصوص به خود را دارند که به تازگی محققان دانشگاه واترلو، با ابداع روشی، بعضی از این چالشها را برطرف کرده اند.
ظرفیت باتری لیتیوم هوا
ظرفیت هر باتری به طور مستقیم به آند و کاتد وابسته است و اگر ظرفیت هر کدام را بالا ببریم، ظرفیت کل باتری افزایش میابد. در باتریهای لیتیوم- اکسیژن، آند از جنس لیتیوم و کاتد از جنس اکسیژن (هوا) است. فلز لیتیوم به عنوان آند ظرفیت بسیار بالایی دارد و هوا نیز ظرفیت تئوری بینهایت را به کاتد میدهد. پس به راحتی قابل دریافت است که باتریهای لیتیوم هوا میزان ذخیره انرژی بینظیری را در اختیار ما میگذارد.
“بیشتر بخوانید: باتری لیتیوم هوا چیست“
چالش باتری های لیتیوم هوا
یون لیتیوم در کاتد به صورت واکنش با اکسیژن، به اکسیدهای لیتیوم از جمله لیتیوم پراکساید (Li2O2) و لیتیوم اکساید (Li2O)، تبدیل میشود و با برعکس شدن واکنش اکسایش، لیتیوم به حالت قبل برمیگردد. یکی از چالش های این نوع از باتری ها، واکنش بالای اکسید های لیتیوم با الکترولیت های ارگانیک است که با مصرف این نوع از الکترولیتها در هنگام شارژ و دشارژ، پایداری و طول عمر باتری کاهش میابد.
دانشمندان دانشگاه واترلو با ارائه ی روشی خاص، توانستند علاوه بر حذف حلال های ارگانیک، تعداد الکترون های انتقالی در واکنش را به عدد 4 برسانند که تاثیر بسیار زیادی در میزان ذخیره سازی انرژی میگذارد.
گروه تحقیقاتی دانشگاه واترلو با جایگزین کردن الکترولیتهای ارگانیک با الکترولیت های مذابِ مواد غیر ارگانیک مثل لیتیوم نیترات/ پتاسیوم نیترات (LiNO3/KNO3)، علاوه بر حل مشکل واکنش با الکترولیت، محصول اکسایش لیتیوم را از لیتیوم پراکساید (Li2O2) به لیتیوم اکساید (Li2O) تغییر دادند که خود باعث بالا رفتن تعداد الکترون های انتقالی در فرایند شارژ و دشارژ میشود و با افزایش این تعداد از الکترون ها، میزان ذخیره انرژی نیز زیادتر میگردد.
” بیشتر بخوانید: تصفیه کربن دی اکسید به کمک نسل جدیدی از باتری ها “
این گروه تحقیقاتی با بالابردن دمای باتری به 150 درجه سانتیگراد محصول غالب واکنش اکسایش لیتیوم را به لیتیوم اکساید(Li2O)، تغییر دادند و موجب بالا رفتن بازده کلومبی (نزدیک 100%) میشود. پایداری بسیار بالای الکترولیت های مذاب غیر ارگانیک، از دیگر مزایای این نوع از الکترولیت هاست که طول عمر باتری را بسیار بهبود میبخشد.
دانشمندان این پروژه تحقیقاتی با ارائه الکترولیت های خاص، یکی از چالش های باتری های لیتیوم هوا را بهبود بخشیدند و زمینه را برای تحقیقات دیگر فراهم آوردند. با ارائه ی این روش دانشمندان سعی بر این دارند که دمای این باتری ها را پایین بیاورند تا در کاربردهای معمولی نیز مورد استفاده قرار گیرند.
منبع: nature.com