ظرفیت ذخیره‌سازی عمده در باتری‌های بر پایه آب پیدا شد!

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۵ آوریل ۲۰۲۳
لینک منبع: 1,000% Difference: Major Storage Capacity in Water-Based Batteries Found

محققان تگزاس A&M افزایش قابل‌توجهی در ظرفیت ذخیره‌سازی الکترودهای باتری مبتنی‌بر آب یافته‌اند.

دانشمندان دانشگاه تگزاس A&M تفاوت ۱۰۰۰ درصدی را در ظرفیت ذخیره‌سازی الکترودهای باتری بدون فلز و مبتنی بر آب کشف کرده‌اند.

باتری‌های مبتنی‌بر آب بدون فلز نسبت به باتری‌هایی که از کبالت در شکل لیتیوم یونی خود استفاده می‌کنند، منحصربه‌فرد هستند. تمرکز گروه تحقیقاتی بر روی این نوع باتری از تمایل به کنترل بیش‌تر بر زنجیره تامین داخلی ناشی می‌شود، زیرا کبالت و لیتیوم معمولاً از خارج از کشور تامین می‌شوند. علاوه‌بر این، شیمی ایمن‌تر باتری‌ها می‌تواند از آتش‌سوزی جلوگیری کند.

پروفسور مهندسی شیمی دکتر جودی لوتکنهاوس و استادیار شیمی دکتر دانیل تابور یافته‌های خود را در مورد باتری‌های بدون لیتیوم درNature Materials منتشر کرده‌اند.

لوتکنهاوس گفت: «دیگر باتری آتش نمی‌گیرد زیرا مبتنی‌بر آب است. در آینده، اگر کمبود مواد پیش‌بینی شود، قیمت باتری‌های 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 اینجا در ایالات‌متحده تولید کنیم و مواد لازم برای ساخت آن‌ها در اینجا وجود دارد.»

لوتکنهاوس گفت: باتری‌های آبی از یک کاتد، یک الکترولیت و یک آند تشکیل شده‌اند. کاتدها و آندها پلیمرهایی هستند که می‌توانند انرژی را ذخیره کنند و الکترولیت آب مخلوط با نمک‌های 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، ۱۰۰۰٪ 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 امیدوارکننده‌ای برای باتری‌های آبی بدون فلز هستند. این واکنش به دلیل انتقال همزمان الکترون‌ها، یون‌ها و مولکول‌های آب، پیچیده و قابل حل است.

به گفته محققان در این مقاله، ما ماهیت واکنش ردوکس را با بررسی الکترولیت‌های آبی با ویژگی‌های آشوب-/کوسموتروپیک مختلف با استفاده از میکروبالانس کریستال کوارتز الکتروشیمیایی با نظارت‌بر اتلاف در محدوده‌های زمانی مختلف نشان می‌دهیم.

گروه تحقیقاتی تابور تلاش‌های تجربی را با شبیه‌سازی و تحلیل محاسباتی تکمیل کرد. شبیه‌سازی‌ها بینش‌هایی را در مورد تصویر در مقیاس مولکولی میکروسکوپی از ساختار و دینامیک ارائه کردند.

تئوری و آزمایش اغلب برای درک این مواد با هم همکاری می‌کنند. یکی از کارهای جدیدی که در این مقاله از نظر محاسباتی انجام می‌دهیم این است که ما در واقع الکترود را تا چندین حالت شارژ، شارژ می‌کنیم و می‌بینیم که محیط اطراف چگونه به این شارژ واکنش نشان می‌دهد.

محققان به صورت ماکروسکوپی مشاهده کردند که آیا کاتد باتری در حضور انواع خاصی از نمک‌ها با اندازه‌گیری دقیق میزان آب و نمک وارد شده به باتری در حین کارکرد بهتر کار می‌کند یا خیر.

او گفت: «ما این کار را انجام دادیم تا آنچه را که به صورت تجربی مشاهده شده‌است توضیح دهیم. اکنون، می‌خواهیم شبیه‌سازی‌های خود را به سیستم‌های آینده گسترش دهیم. 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 باتری‌های بدون لیتیوم است. ما تصویر سطح مولکولی بهتری از آنچه باعث می‌شود برخی از الکترودهای باتری بهتر از سایرین کار کنند، داریم، و این مسئله، شواهد قوی برای طراحی مواد به ما می‌دهد.»

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات تکنولوژی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.