تولید باتری لیتیوم–سولفور نانویی با قابلیت ذخیره سازی ۲ برابر انرژی و اثر محیط زیستی کمتر
به گزارش بازار مقاله، محققان در یک موفقیت نوآورانه، طراحی از یک باتری را عرضه کرده اند که می تواند با استفاده از مواد کمتر آلاینده و بهره برداری از فناوری های پیشرفته، ظرفیت ذخیره سازی انرژی را به صورت قابل ملاحظه ای نسبت به باتری های لیتیوم-یون افزایش داده و چالش های محیط زیستی ناشی از تولید آنها را کم کند.
به گزارش بازار مقاله به نقل از ایسنا، در سالهای اخیر، تقاضا برای مواد و طرح های نوین باتری که بتوانند عملکردی فراتر از باتری های سنتی عرضه کنند، به سرعت افزایش پیدا کرده است. علاوه بر ظرفیت بالاتر ذخیره سازی انرژی، یکی از مزایای کلیدی باتری های لیتیوم–سولفور اینست که نسبت به باتری های لیتیوم–یون امروزی، اثر محیط زیستی کمتری دارند. باتری های لیتیوم–سولفور از موادی استفاده می نمایند که تاثیر کمتری بر محیط زیست دارند و وابستگی آنها به فلزات کمیاب کمتر است. بعنوان مثال، سولفور که ماده فعال اصلی در این باتری ها به شمار می آید، هم از نظر قیمت مقرون به صرفه و هم از نظر دسترسی، نسبت به فلزاتی مانند کبالت و نیکل که در باتری های لیتیوم–یون به کار می روند، مزیت قابل توجهی دارد.
جون-وو پارک از مرکز تحقیقات باتری نسل بعدی در مؤسسه فناوری الکترونیک کره (KERI) اظهار داشت: باتری های لیتیوم–سولفور از موادی با اثر زیست محیطی پایین تر بهره می برند و وابستگی کمتری به فلزات کمیاب دارند. این امر سبب می شود که باتری های ما علاوه بر ذخیره سازی انرژی بالاتر، دوستدار محیط زیست هم باشند.
با وجود وعده های فناوری نوین باتری های لیتیوم–سولفور، محققان مدت ها با یک مانع عمده در جهت تجاری سازی این فناوری مواجه بودند. یکی از چالش های اصلی، واکنش های شیمیایی ناخواسته ای است که در طول فرایند شارژ و دشارژ باتری رخ می دهد. این واکنش ها سبب ایجاد صدمه به اجزای کلیدی باتری و کاهش تدریجی عملکرد و عمر مفید آن می شوند.
پارک و همکارانش با عرضه طراحی جدیدی تلاش در رفع این مشکل داشته اند. وی توضیح داد: این طراحی با رفع چالش های اساسی، عملکرد باتری را به صورت قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد. علاوه بر این، ساختار ما امکان تولید باتری های فوق العاده منعطف را فراهم نموده است که می توانند در دستگاههای پوشیدنی و سایر فناوری های نوظهور به کار روند.
باآنکه ایده استفاده از باتری های لیتیوم–سولفور به دهه ۱۹۶۰ باز می گردد، اما تابحال موانع زیادی در جهت تجاری سازی این فناوری وجود داشته است. یکی از بزرگ ترین مشکلات، واکنش جانبی شیمیایی ای است که باعث تشکیل مولکول هایی به نام پلی سولفیدها می شود. در خلال شارژ و دشارژ، این پلی سولفیدها در الکترولیت مایع حل شده و بین الکترودها جابه جا می شوند و واکنش های ناخواسته ای را ایجاد می کنند. این پدیده که به «اثر شاتل پلی سولفید» مشهور است، با تخریب تدریجی اجزای مهم باتری، کارآمدی آنرا کاهش داده، عمر مفید را کوتاه می کند و حفظ عملکرد پایدار در طول چرخه های مختلف شارژ را دشوار می کند.
برای غلبه بر این چالش، محققان طراحی جدیدی عرضه دادند که از نانولوله های کربنی تک دیواره استفاده می نماید. این نانولوله ها که از صفحات گرافن تشکیل شده و بشکل لوله های میکروسکوپی جمع شده اند، به علت مقاومت و هدایت الکتریکی برجسته، عملکرد باتری های لیتیوم–سولفور را بهبود می بخشند. نوآوری در این طراحی، تغییر شیمیایی سطح نانولوله ها بگونه ای است که اتم های اکسیژن را به خود مرتبط می سازد. اتم های اکسیژن سپس به پلی سولفیدها متصل شده و بعنوان فیلتری عمل می کنند تا از حرکت آنها درون ساختار باتری جلوگیری نمایند.
این شیوه نوین به محققان این امکان را داد تا باتری هایی با عملکرد بهبود یافته بسازند. در نمونه های آزمایشی، باتری ها توانستند بعد از ۱۰۰ چرخه شارژ و دشارژ، بیشتر از ۸۵٪ از ظرفیت اولیه انرژی خویش را حفظ کنند که این رقم به مراتب بالاتر از طراحی های پیشین باتری های لیتیوم–سولفور است. همچنین، ادغام نانولوله های کربنی در ساختار باتری منجر به تولید باتری های منعطف با ظرفیت بالای انرژی شده است. در یک نمونه اولیه، چندین لایه باتری به شکل یک صفحه ضخیم مونتاژ شدند که قادر به ذخیره بیشتر از ۱ آمپر-ساعت (Ah) انرژی بودند؛ مقداری که معادل حدود یک چهارم ظرفیت یک باتری رایج در گوشیهای هوشمند به حساب می آید.
اگر تلاشهای بهینه سازی موفقیت آمیز باشد، این نوع باتری می تواند گزینه ای ایده آل برای کاربردهای متنوع همچون در هواپیماهای مسافربری محسوب شود؛ جایی که هواپیماهای کوچک بعنوان جایگزینی برای حمل و نقل زمینی به کار گرفته می شوند. طراحی سبک وزن این باتری ها می تواند امکان افزایش مدت زمان پرواز را فراهم آورد و انعطاف پذیری آنها هم امکان یکپارچه سازی بی دردسر در طراحی های مختلف بدنه هواپیما را فراهم می آورد.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان بازارمقاله در مورد این مطلب