ارائه نانوبلورهای ارزان‌قیمت جایگزین لیتیوم در باتری‌ها

محققان آزمایشگاه‌های علوم و فناوری مواد فدرال سوئیس و موسسه فناوری فدرال زوریخ نوع جدیدی از باتری ذخیره کننده انرژی که از طیف وسیعی از مواد ارزان و فراوان ساخته شده است را ارائه کرده‌اند

به گزارش سرویس علمی ایسنا، از آن جا که تولید انرژی به سمت جایگزین‌های خورشیدی و بادی حرکت می‌کند، باتری‌ها برای ذخیره برق متناوب هرگز حائز اهمیت نبوده‌اند. متاسفانه، بسیاری از مواد مورد نیاز برای ساخت باتری با عملکرد بالا، به سرعت در حال کاهش و به طور فزاینده در حال گران شدن هستند.

برای ساخت نمونه اولیه این باتری از نانوبلورهای مرکب از سولفید آهن استفاده شده است.در این باتری‌ها از پیریت و یا " fool's gold " به جای کاتد، از سدیم به جای الکترولیت و از منیزیم بجای آند استفاده شده است. همه این مواد تشکیل دهنده، نسبتا ارزان‌قیمت و فراوان هستند مانند نانوبلورهای سولفید آهن که به سادگی با گداختن گوگرد توسط آهن فلزی خشک ساخته می‌شوند، در حالی که یک کیلوگرم منیزیم حدودا 15 برابر ارزان‌تر از همان مقدار مشابه لیتیوم است. علاوه بر این، آهن، منیزیم، سدیم و گوگرد، به ترتیب فراوانی چهارمین، ششمین، هفتمین، و پانزدهمین مواد بر روی زمین هستند.

صرفه‌جویی بیشتر نیز باید در ساخت‌و‌ساز باتری در نظر گرفته شود، به همین دلیل ورق آلومینیومی برای جمع‌آوری و هدایت الکتریسیته آن کاملا مناسب است. در حالیکه باتری‌هایی با یون‌های لیتیومی، برای انجام این کار، نیاز به یک ورق مسی نسبتا گران قیمت دارند.

زمانی که باتری تخلیه می‌شود، یونهای سدیم در حرکت الکترولیت به سمت کاتد، یعنی محل تجمعشان، به حالت تعلیق در‌می‌آیند. هنگامی که باتری مجددا شارژ می‌شود، پیریت دوباره یونهای سدیم را به الکترولیت باز‌می‌گرداند. تایید بهره‌برداری این سلول ذخیره سازی ترکیبی سدیم- منیزیم با آزمایش یک باتری که 40 درصد شارژ و پس از آن تخلیه می‌شود و هیچ تغییری در عملکرد آن بوجود نمی‌آید، در حال حاضر در آزمایشگاه انجام شده است.

هر چند که بازدهی باتری جدید در حال حاضر کمتر از یک اندازه قابل مقایسه با یون‌های لیتیوم است، اما محققان معتقدند که ماهیت ارزان قیمت و مقیاس پذیر باتری‌های جدید، همان چیزی است که می‌تواند برای ساخت سلول‌های ذخیره سازی بسیار زیاد در ایستگاه‌های نیرو مورد استفاده قرار گیرد.

دانشمندان می‌گویند که یک باتری به اندازه کافی بزرگ، ممکن است به طور موقت بازدهی یک سال از یک نیروگاه هسته‌ای را ذخیره کند. اگر یک باتری به اندازه کافی بزرگ ساخته شود، می‌تواند به طور بالقوه تراوات‌های زیادی از انرژی را ذخیره کند.

پروفسور ماکسیم کووالنکو که در دپارتمان شیمی کاربردی و علوم زیستی تدریس می‌کند و همچنین در پژوهش آزمایشگاه‌های علوم و فناوری مواد فدرال سوئیس شرکت داشته است، اظهار کرد: نیروی بالقوه کامل این باتری هنوز به اتمام نرسیده است. اگر ما الکترولیت‌ها را تصفیه کنیم، قادر به افزایش ولتاژ برق از سلول ذخیره‌سازی سدیم- منیزیم و افزایش عمر چرخه آن خواهیم بود.

سرمایه گذاران در پی حمایت از تحقیقات بیشتر و عرضه این فناوری به بازار هستند.

نتایج حاصل از این پژوهش اخیرا در مجله Chemistry of Materials منتشر شده است.

منبع :