باتری‌های آبی با نمک ارزان، ۱۰ برابر بیشتر عمر می‌کنند

باشگاه خبرنگاران جوان - وبگاه سای‌تِک‌دِیلی در گزارشی آورده است:

پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله در عربستان سعودی، یک مشکل مولکولی کلیدی را شناسایی کرده‌اند که مانع تبدیل باتری‌های شارژشدنی آبی به گزینه‌ای امن‌تر و مقرون‌به‌صرفه برای ذخیره‌سازی انرژی پایدار می‌شد.

مطالعه آنها که در مجله سایِنس اَدوَنسِز/ پیشرفت‌های علم (Science Advances) منتشر شده، نشان می‌دهد آب درون این باتری‌ها چگونه عملکرد آنها را مختل و طول عمر آنها را کوتاه می‌کند؛ اما پژوهشگران با افزودن نمک‌های ارزان‌قیمتی مانند سولفات روی، توانستند این مشکل را به‌طور چشمگیری کاهش و عمر باتری را بیش از ۱۰ برابر افزایش دهند.

مهم‌ترین عامل کوتاهی عمر باتری‌ها، آنُد است؛ آند محلی است که واکنش‌های شیمیایی برای تولید و ذخیره انرژی در آن رخ می‌دهد. متأسفانه برخی واکنش‌های ناخواسته (معروف به واکنش‌های انگلی) به آند آسیب می‌زنند و از عمر کلی باتری می‌کاهند.

کشف نقش مخرب «آب آزاد»

این مطالعه نشان می‌دهد مولکول‌های «آب آزاد» نقش اصلی را در ایجاد این واکنش‌های مخرب دارند. افزودن سولفات روی با محدودکردن حضور آب آزاد، توانایی آن در تخریب آند را کاهش می‌دهد.

حسام الشریف (Husam Alshareef)، پژوهشگر ارشد این مطالعه و رئیس مرکز تعالی انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های ذخیره‌سازی (CREST) دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله تأکید می‌کند: یافته‌های ما اهمیت ساختار آب در شیمی باتری‌ها را نشان می‌دهد؛ پارامتری کلیدی که پیش‌تر نادیده گرفته می‌شد.

«آب آزاد» چیست؟

آب آزاد به مولکول‌های آبی گفته می‌شود که پیوند محکمی با مولکول‌های دیگر ندارند. این وضعیت به آب آزاد اجازه می‌دهد ضمن تعامل با مولکول‌های بیشتر، واکنش‌های ناخواسته‌ای را ایجاد کند که با مصرف انرژی، به آند آسیب می‌زنند.

سولفات به‌عنوان «چسب آب»

سولفات با تثبیت پیوند‌های آب آزاد، همچون چسب آب (اصطلاحی که گروه پژوهشی استفاده می‌کند) عمل می‌کند و دینامیک مولکول‌های آب را تغییر می‌دهد. این تغییر، تعداد واکنش‌های انگلی را کاهش می‌دهد. بیشتر آزمایش‌های این پژوهشگران روی باتری‌های حاوی سولفات روی انجام شد؛ اما پژوهش‌های اولیه نشان می‌دهد سولفات بر آند‌های فلزی دیگر نیز اثر مشابهی دارد. این یافته حاکی از آن است که افزودن نمک‌های سولفات به طراحی باتری‌ها می‌تواند راه‌حلی جهانی برای افزایش عمر همه باتری‌های آبی باشد.

راه‌حلی ساده، مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه

یونپی ژو (Yunpei Zhu)، دانشمند پژوهشی دانشگاه یادشده که بخش عمده آزمایش‌ها را انجام داد، می‌گوید: نمک‌های سولفات، ارزان، در دسترس و پایدار هستند و این ویژگی‌ها راه‌حل ما را از نظر علمی و اقتصادی امکان‌پذیر می‌کنند.

باتری‌های آبی به‌عنوان راه‌حلی پایدار برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ، توجه جهانیان را به صورت چشمگیری جلب کرده‌اند و پیش‌بینی می‌شود حجم بازار آنها تا سال ۲۰۳۰ میلادی از ۱۰ میلیارد دلار فراتر رود. باتری‌های آبی، برخلاف باتری‌های لیتیومی رایج در خودرو‌های برقی، گزینه‌ای ایمن‌تر و پایدارتر برای ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند نیروی خورشیدی) در شبکه‌های برق ارائه می‌دهند.

منبع: ایرنا