مهندسان شیمی دانشگاه A&M تگزاس تفاوت 1000 درصدی را در ظرفیت ذخیره سازی الکترودهای باتری بدون فلز و مبتنی بر آب کشف کرده اند.

پروفسور مهندسی شیمی دکتر جودی لوتکنهاوس و استادیار شیمی دکتر دانیل تابور یافته های خود را در مورد باتری های بدون لیتیوم در Nature Materials منتشر کرده اند.

باتری های مبتنی بر آب یا آبی با باتری های لیتیوم یون حاوی کبالت متفاوت هستند. هدف این گروه از تحقیق در مورد باتری‌های بدون فلز از داشتن کنترل بهتر بر زنجیره تامین داخلی ناشی می‌شود، زیرا کبالت و لیتیوم فقط در سطح بین‌المللی برون‌سپاری می‌شوند. (این شیمی ایمن تر از آتش سوزی باتری نیز جلوگیری می کند)

لوتکنهاوس توضیح داد: دیگر باتری آتش نمی‌گیرد زیرا مبتنی بر آب است.

در آینده، اگر کمبود مواد پیش بینی شود، قیمت باتری های لیتیوم یونی بسیار بالا خواهد رفت. اگر این باتری جایگزین را داشته باشیم، می‌توانیم به این شیمی روی بیاوریم، جایی که عرضه بسیار پایدارتر است، زیرا می‌توانیم آنها را در ایالات متحده تولید کنیم و مواد لازم برای ساخت آنها در اینجا وجود دارد.

باتری های آبی از یک کاتد، الکترولیت و یک آند تشکیل شده اند و کاتدها و آندها پلیمرهایی هستند که می توانند انرژی را ذخیره کنند و الکترولیت آب مخلوط با نمک های آلی است. الکترولیت کلید هدایت یونی و ذخیره انرژی از طریق برهمکنش با الکترود است.

او گفت: اگر یک الکترود در حین دوچرخه‌سواری بیش از حد متورم شود، نمی‌تواند الکترون‌ها را به خوبی هدایت کند و شما تمام عملکرد را از دست می‌دهید، من معتقدم که بسته به انتخاب الکترولیت به دلیل اثرات تورم، 1000٪ تفاوت در ظرفیت ذخیره انرژی وجود دارد.

طبق مقاله آنها، پلیمرهای رادیکال غیر مزدوج فعال ردوکس (الکترود) به دلیل ولتاژ تخلیه بالای پلیمرها و سینتیک ردوکس سریع، نامزدهای امیدوارکننده ای برای باتری های آبی بدون فلز هستند و این واکنش به دلیل انتقال همزمان الکترون‌ها، یون‌ها و مولکول‌های آب، پیچیده و قابل حل است.

محققان در مقاله Nature خاطرنشان کردند: ما ماهیت واکنش اکسیداسیون و کاهش را با بررسی الکترولیت‌های آبی با ویژگی‌های آشوب/کیسموتروپی متفاوت با استفاده از میکروبالانس کریستال کوارتز الکتروشیمیایی با نظارت بر اتلاف در محدوده‌های زمانی مختلف نشان می‌دهیم.

گروه تحقیقاتی دکتر تابور تلاش‌های تجربی را با شبیه‌سازی و تحلیل محاسباتی تکمیل کردند و شبیه‌سازی‌ها بینش‌هایی را در مورد تصویر مقیاس مولکولی میکروسکوپی ساختار و دینامیک به دست دادند.

تئوری و آزمایش اغلب برای درک این مواد با هم همکاری می کنند. یکی از کارهای جدیدی که در این مقاله از نظر محاسباتی انجام می دهیم این است که ما در واقع الکترود را تا چندین حالت شارژ شارژ می کنیم و می بینیم که محیط اطراف چگونه به این شارژ واکنش نشان می دهد.

محققان به طور ماکروسکوپی مشاهده کردند که آیا کاتد باتری در حضور انواع خاصی از نمک ها از طریق اندازه گیری دقیق میزان آب و نمک وارد شده به باتری در حین کارکرد بهتر کار می کند یا خیر.

او گفت: ما این کار را انجام دادیم تا آنچه را که به صورت تجربی مشاهده شده است توضیح دهیم، اکنون ما می خواهیم شبیه سازی های خود را به سیستم های آینده گسترش دهیم. ما باید تئوری خود را تأیید می‌کردیم که چه نیروهایی این نوع تزریق آب و حلال را هدایت می‌کنند.

با این فناوری ذخیره انرژی جدید، این یک حرکت رو به جلو برای باتری های بدون لیتیوم است. ما تصویر سطح مولکولی بهتری از آنچه باعث می‌شود برخی از الکترودهای باتری بهتر از سایرین کار کنند، داریم و این به ما شواهد قوی از اینکه در طراحی مواد به کجا پیش برویم، می‌دهد.

این پروژه توسط وزارت انرژی ایالات متحده و بنیاد ملی علوم از طریق ایستگاه آزمایشی مهندسی A&M تگزاس تامین می شود.

برخی از وحشت آتش سوزی باتری لیتیوم یونی از بین رفته است، اما به طور کامل از بین نرفته است. آنها هنوز هم رخ می دهند، اغلب به طرز غم انگیزی، اگر در داخل ساختمان بدون مراقبت روشن شوند، تأثیر زیادی دارند.

به نظر می رسد فرکانس کاهش یافته است، حتی با افزایش تعداد باتری های در حال استفاده و شاید باتری تکی در یک دستگاه کوچک واقعاً ایمن شود، اما به نظر می‌رسد بسته باتری‌هایی که اکنون به دلیل خودروهای برقی و دیگر دستگاه‌های بزرگ تقاضای انرژی بالا بسیار رایج‌تر شده‌اند، در حال افزایش هستند.

تا کنون نویسنده متواضع شما هیچ گزارش مطالعه ای در مورد آتش سوزی بسته باتری لیتیوم یونی در مقابل آتش سوزی نصب یک باتری ندیده است.

به نظر می رسد به دلیل گزارش های خبری، آتش سوزی بسته باتری ها ممکن است توجه بیشتری را به خود جلب کند زیرا آتش سوزی از یک بسته بسیار بزرگتر و خاموش کردن آن سخت تر است.

به هر حال رویدادهای آتش سوزی مورد تحقیق قرار گیرد، ایالات متحده و اتحادیه اروپا و بسیاری از کشورهای آزاد در دست دولت هایی هستند که بر اقتصادهای نه آزاد در تجارت لیتیوم و کبالت مسلط هستند.

در روند کنونی سلاح‌سازی سیاسی در مورد هر چیزی و هر چیزی کمی احمقانه به نظر می‌رسد که به برخی کالاها در تجارت اتکا کنیم که به راحتی می‌توان آنها را برای تأثیرات بزرگ به سلاح تبدیل کرد.

این مشاهدات نشان می‌دهد که کار A&M تگزاس می‌تواند تلاش بسیار مهمی برای بخش برقی اقتصاد باشد، که در واقع کل اقتصاد است.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.