باطری اکسیژن یون تحولی عظیم در ساخت باطری ها 01
باتریهای لیتیوم یونی امروزه در همه جا وجود دارند – از خودروهای الکتریکی گرفته تا گوشیهای هوشمند. اما این بدان معنا نیست که آنها بهترین راه حل برای همه زمینه های کاربردی هستند. TU Wien اکنون موفق به توسعه یک باتری اکسیژن یونی شده است که مزایای مهمی دارد. اگرچه چگالی انرژی به اندازه باتری لیتیوم یونی اجازه نمی دهد، ظرفیت ذخیره سازی آن در طول زمان به طور غیرقابل برگشتی کاهش نمی یابد: می توان آن را بازسازی کرد و بنابراین ممکن است عمر مفید بسیار طولانی را ایجاد کند.
علاوه بر این، باتری های یون اکسیژن را می توان بدون عناصر کمیاب تولید کرد و از مواد غیر قابل احتراق ساخته شده است. یک درخواست ثبت اختراع برای ایده باتری جدید قبلاً همراه با شرکای همکاری از اسپانیا ثبت شده است. باتری یون اکسیژن می تواند یک راه حل عالی برای سیستم های ذخیره انرژی بزرگ باشد، به عنوان مثال برای ذخیره انرژی الکتریکی از منابع تجدید پذیر.
مواد سرامیکی به عنوان یک راه حل جدید
الکساندر اشمید از مؤسسه فناوریهای شیمیایی و تجزیه و تحلیل در TU Wien میگوید: «ما تجربه زیادی در مورد مواد سرامیکی داشتهایم که میتوان از آنها برای سلولهای سوختی برای مدتی طولانی استفاده کرد. این به ما این ایده را داد که بررسی کنیم آیا چنین موادی ممکن است برای ساخت باتری نیز مناسب باشند یا خیر.
مواد سرامیکی که تیم TU Wien مطالعه کردند، می توانند یون های اکسیژن با بار منفی مضاعف را جذب و آزاد کنند. هنگامی که ولتاژ الکتریکی اعمال می شود، یون های اکسیژن از یک ماده سرامیکی به ماده دیگر سرامیکی مهاجرت می کنند، پس از آن می توان آنها را وادار به مهاجرت مجدد کرد و در نتیجه جریان الکتریکی تولید کرد.
پروفسور یورگن فلیگ می گوید: «اصل اولیه در واقع بسیار شبیه باتری لیتیوم یونی است. اما مواد ما مزایای مهمی دارند.” سرامیک ها قابل اشتعال نیستند – بنابراین حوادث آتش سوزی که بارها و بارها با باتری های لیتیوم یون اتفاق می افتد، عملاً منتفی هستند. علاوه بر این، نیازی به عناصر کمیاب که گران هستند یا فقط به روش های مضر برای محیط زیست استخراج می شوند، وجود ندارد.
توبیاس هوبر میگوید: «از این نظر، استفاده از مواد سرامیکی یک مزیت بزرگ است زیرا میتوان آنها را به خوبی تطبیق داد. “شما می توانید عناصر خاصی را که بدست آوردن آنها دشوار است با سایر عناصر نسبتاً آسان جایگزین کنید.” نمونه اولیه باتری هنوز از لانتانیم استفاده می کند – عنصری که دقیقاً کمیاب نیست اما کاملاً رایج نیست. اما حتی لانتانوم نیز قرار است با چیزی ارزانتر جایگزین شود و تحقیقات در این زمینه در حال انجام است. کبالت یا نیکل که در بسیاری از باتری ها استفاده می شود، اصلا استفاده نمی شود.
طول عمر بالا
اما شاید مهمترین مزیت فناوری جدید باتری، طول عمر بالقوه آن باشد: الکساندر اشمید میگوید: «در بسیاری از باتریها، شما این مشکل را دارید که در برخی مواقع حاملهای شارژ دیگر نمیتوانند حرکت کنند». پس از آن دیگر نمی توان از آنها برای تولید برق استفاده کرد، ظرفیت باتری کاهش می یابد. پس از چرخه های شارژ زیاد، این می تواند به یک مشکل جدی تبدیل شود.
با این حال، باتری اکسیژن-یون را میتوان بدون هیچ مشکلی بازسازی کرد: اگر اکسیژن به دلیل واکنشهای جانبی از دست برود، میتوان اتلاف آن را به سادگی با اکسیژن هوای محیط جبران کرد.
مفهوم باتری جدید برای گوشیهای هوشمند یا خودروهای الکتریکی در نظر گرفته نشده است، زیرا باتری اکسیژن یونی تنها حدود یک سوم چگالی انرژی مورد استفاده باتریهای لیتیوم یونی را به دست میآورد و در دمای بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد کار میکند. با این حال، این فناوری برای ذخیره انرژی بسیار جالب است.
الکساندر اشمید میگوید: «اگر به یک واحد ذخیرهسازی انرژی بزرگ برای ذخیره موقت انرژی خورشیدی یا باد نیاز دارید، برای مثال، باتری یون اکسیژن میتواند راهحل عالی باشد. “اگر یک ساختمان کامل پر از ماژول های ذخیره انرژی بسازید، چگالی انرژی کمتر و افزایش دمای کار نقش تعیین کننده ای ندارد. اما نقاط قوت باتری ما در آنجا اهمیت ویژه ای دارد: عمر طولانی، امکان تولید باتری های بزرگ. مقادیری از این مواد بدون عناصر کمیاب و این واقعیت که خطر آتش سوزی با این باتری ها وجود ندارد.”
باطری اکسیژن یون تحولی عظیم در ساخت باطری ها 01
محققان دانشگاه فنی وین باتری جدید اکسیژن یون ساختهاند که پتانسیل استفاده جهت تأمین انرژی وسایل بزرگ را دارد و میتواند به عنوان جایگزینی برای باتریهای لیتیومی مطرح شود. اگرچه این باتری جدید دارای چگالی انرژی مشابه با لیتیوم نیست، اما مزیتهای دیگری دارد که آن را به گزینه مطلوبی تبدیل میکند.
باتری اکسیژن یون چه ویژگیهایی دارد؟
برخلاف باتریهای رایج لیتیوم یون، ظرفیت نگهداری شارژ باتری اکسیژن یون با گذشت زمان کاهش پیدا نمیکند؛ درنتیجه عمر مفید باتری افزایش چشمگیری خواهد داشت. همچنین در ساخت این نوع باتریها نیازی به استفاده از عناصر معدنی کمیاب نخواهد بود؛ پس آسیب کمتری به محیطزیست وارد میکنند. در سوی دیگر مواد قابلاشتعالی هم در آنها وجود ندارد و احتمال رخدادن آتشسوزی هنگام بهرهمندی از آنها کمتر خواهد بود.
باطری اکسیژن یون تحولی عظیم در ساخت باطری ها 01
پژوهشگران اتریشی از مواد سرامیکی برای ساخت باتری جدید استفاده کردهاند. این نوع سرامیک از پایداری نسبتاً مناسبی برخوردار است و میتواند یونهای اکسیژن با بار منفی را آزاد کند. هنگامی که ولتاژ الکتریکی اعمال شود، یونهای باردار از یک سرامیک به سرامیک دیگر منتقل میشوند و جریان الکتریکی را پدید میآورند. اگرچه اساس کار باتری مذکور مشابه با باتریهای لیتیومی است، اما سرامیک برتریهای خاصی را از خود نشان میدهد.
در ساخت باتری اکسیژن یون از عنصر لانتان (La) استفاده شده که از فراوانی خوبی برخوردار است. بااینحال محققان درتلاشند تا لانتان را با عنصر ارزانتری جایگزین کنند. البته قیمت بالای این ماده میتواند در بلندمدت توجیه اقتصادی داشته باشد؛ زیرا این باتری برخلاف نمونههای فعلی در مرور زمان دچار فرسایش نمیشود و همچنان میتواند ظرفیت خود را حفظ کند. حتی اگر اکسیژن زیادی از باتری کم شود، میتوان آن را با اکسیژن هوا جایگزین کرد تا ظرفیت به حالت عادی برگردد.
درحالحاضر نمیتوان از باتری اکسیژن یون برای تأمین انرژی گوشیهای هوشمند یا خودروهای الکتریکی استفاده کرد؛ زیرا چگالی انرژی ذخیرهشده در آن، تنها یک سوم باتریهای لیتیومی است. شایان ذکر است که این باتری تنها در دمای ۲۰۰ الی ۴۰۰ درجه سلسیوس قادر به ایجاد جریان الکتریکی است که یکی دیگر از مشکلات اساسی آن به شمار میرود. امید میرود که با رفع موانع، بتوان از این باتریها برای ذخیره انرژیهای بادی یا خورشیدی استفاده کرد؛ زیرا عمر بالای آنها، نیاز به سرویس دورهای را کاهش میدهد.
نظرات