ساخت باتری جدید با قابلیت ذخیره سازی بالا

به گزارش صنعت نیوز، محققان، یک باتری یون اکسیژن ساخته اند که می‌تواند در سیستم‌های ذخیره انرژی بزرگ به جای باتری‌های لیتیوم یونی استفاده شود.

اگرچه چگالی انرژی یک باتری اکسیژن یونی به اندازه باتری لیتیوم یونی نیست، اما مزایای مهمی دارد.

برخلاف باتری‌های لیتیوم یونی، ظرفیت ذخیره‌سازی باتری اکسیژن-یون با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد، زیرا می‌توان آن را بازسازی کرد. این ویژگی می‌تواند باعث عمر بسیار طولانی باتری شود. همچنین، باتری‌های یون اکسیژن را می‌توان بدون عناصر کمیاب تولید کرد.

اگرچه این ویژگی‌ها خیلی خاص به نظر نمی‌رسند، اما می‌توانند نحوه ساخت باتری‌ها را به روشی که مناسب محیط زیست باشد تغییر دهند. باتری‌های موجود، مانند لیتیوم-یون (Li-on)، به عناصر کمیاب خاکی نیاز دارند که استخراج و پردازش آن‌ها بدون آسیب رساندن به محیط زیست یا افراد بسیار سخت است.

در این مطالعه مواد سرامیکی برای مناسب بودن آن‌ها در ساخت باتری اکسیژن-یون مورد بررسی قرار گرفت. مواد سرامیکی که محققان دانشگاه صنعتی وین از آن استفاده کردند می‌توانند یون‌های اکسیژن با دو بار منفی را جذب کرده و رها کنند.

شباهت بین الکترود‌های پیل سوختی/الکترولیز اکسید جامد و الکترود‌های باتری لیتیوم یونی: هر دو الکترود می‌توانند گونه‌های بی‌بار (O یا Li) را ذخیره کنند که در اینجا به رنگ آبی تیره نشان داده شده است. علاوه بر این، الکترود‌های SOFC می‌توانند گونه‌های بی‌بار را با جو مبادله کنند، که با پیکان‌های منحنی روشن نشان داده شده است. اگر مسیر آخر بسته باشد، الکترود‌های SOFC به طور مشابه با الکترود‌های LIB عمل می‌کنند.

هنگامی که یک ولتاژ الکتریکی اعمال می‌شود، یون‌های اکسیژن از یک ماده سرامیکی به ماده دیگر سرامیکی حرکت می‌کنند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. ایده اولیه مانند باتری لیتیوم یونی است، اما مواد سرامیکی مزایای متعددی دارند.

یکی از محققان گفت: شما می‌توانید عناصر خاصی را که بدست آوردن آن‌ها دشوار است با سایر عناصر نسبتا متداول جایگزین کنید. به عنوان مثال لانتانیم که نه کمیاب است و نه فراوان، در نمونه اولیه باتری استفاده شده است. با این حال، تحقیقاتی در حال انجام است تا حتی لانتانوم را با چیزی ارزان‌تر جایگزین کند.

بنا بر اعلام وبگاه (Wiley Online Library)، طول عمر بالقوه باتری اکسیژن-یون مهمترین مزیت آن است. در بسیاری از باتری ها، حامل‌های بار در بعضی از قسمت‌ها نمی‌توانند حرکت کنند. بنابراین، دیگر نمی‌توان از آن‌ها برای تولید برق استفاده کرد و ظرفیت باتری کاهش می‌یابد. پس از چرخه‌های شارژ زیاد، این می‌تواند به یک مشکل جدی تبدیل شود. با این حال، باتری یون اکسیژن را می‌توان بدون هیچ مشکلی بازسازی کرد. اگر اکسیژن به دلیل واکنش‌های جانبی از دست برود، اکسیژن هوای محیط می‌تواند اتلاف را جبران کند.

در حال حاضر، فناوری باتری‌های یون اکسیژن برای گوشی‌های هوشمند یا خودرو‌های برقی در نظر گرفته نشده است، زیرا تنها حدود یک سوم چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یونی را دارد و در دمای بین ۲۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند. اما این فناوری هنگام ذخیره انرژی هیجان انگیز است، به خصوص در واحد‌های ذخیره سازی بزرگ که به طور موقت انرژی خورشید یا باد را نگه می‌دارند.

یکی از محققان دانشگاه صنعتی وین در این باره گفت: در هنگام استفاده از واحد‌های ذخیره انرژی بسیار بزرگ چگالی انرژی کمتر و افزایش دمای کار نقش تعیین کننده‌ای ندارد. اما نقاط قوت باتری جدید ما در این واحد‌ها قابل توجه است. این موارد شامل عمر طولانی، امکان تولید بدون استفاده از عناصر کمیاب، و کاهش خطر آتش سوزی است.