چینی‌ها با «آب» باتری ساختند

به گزارش ایسنا، پژوهشگران در چین یک باتری مبتنی بر آب ساخته‌اند که ادعا می‌شود نسبت به باتری‌های لیتیومی که بسیار قابل اشتعال هستند، بسیار ایمن‌تر و کم‌مصرف‌تر است.

جالب اینجاست که محققان می‌گویند این باتری‌های جدید دو برابر بیشتر از باتری‌های سنتی لیتیوم یونی چگالی انرژی خواهند داشت که پتانسیل ایجاد تحول در صنعت خودروهای الکتریکی را دارد.

علاوه بر این، باتری‌های آبی از آب به عنوان حلال برای الکترولیت‌ها استفاده می‌کنند که ایمنی آنها را افزایش می‌دهد.

باتری‌های لیتیوم یونی غیر آبی سنتی، چگالی انرژی بالایی دارند، اما ایمنی آنها به دلیل وجود الکترولیت‌های آلی قابل اشتعال که به باتری اجازه شارژ و تخلیه شارژ را می‌دهد، پایین است.

با این حال، باتری‌های آبی به دلیل حلالیت محدود الکترولیت و ولتاژ پایین باتری، عموماً چگالی انرژی کمتری دارند.

اکنون پژوهشگران در چین یک باتری آبی با چگالی بالا بر اساس انتقال چند الکترونی هالوژن ساخته‌اند.

یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور لی پیانفنگ(LI Xianfeng) از مؤسسه فیزیک شیمی دالیان(DICP) تحت نظر آکادمی علوم چین(CAS) با همکاری گروه پروفسور فو کیانگ(FU Qiang) از DICP، یک کاتد انتقال چند الکترونی را بر پایه برم و ید ساختند.

بر اساس مطالعه جدیدی که در مجله Nature Energy منتشر شده است، این کاتد در آزمایش‌ها به ظرفیت ویژه بیش از ۸۴۰ آمپرساعت بر لیتر(Ah/L) و چگالی انرژی تا ۱۲۰۰ وات‌ساعت بر لیتر(Wh/L) دست یافته است.

استفاده پژوهشگران از محلول مخلوط هالوژن

پژوهشگران برای بهبود چگالی انرژی باتری‌های آبی از محلول مخلوط هالوژن یون‌های یدید(I-) و یون‌های برمید(Br-) به عنوان الکترولیت استفاده کردند. آنها یک واکنش انتقال چند الکترونی را توسعه دادند و یون‌های یدید را به عنصر ید(I۲) و سپس به یدات(IO۳-) منتقل کردند.

محققان می‌گویند I- در طول فرآیند شارژ در سمت مثبت به IO۳- اکسید شد و H+ تولید شده به شکل یک الکترولیت پشتیبان به سمت منفی هدایت شد. در طی فرآیند تخلیه، H+ از سمت مثبت انجام شد و IO۳- به I- کاهش یافت.

فرآیند کار این باتری

کاتد انتقال چند الکترونی توسعه یافته دارای ظرفیت مشخص Ah/L ۸۴۰ بود. محققان با ترکیب کاتد با یک صفحه فلزی برای تشکیل یک باتری کامل به چگالی انرژی تا Wh/L ۱۲۰۰ بر اساس کاتولیت توسعه یافته دست یافتند.

به گفته محققان، Br- اضافه شده به الکترولیت می‌تواند برمید ید قطبی(IBr) را در طول فرآیند شارژ تولید کند که واکنش با آب(H۲O) را برای تشکیل IO۳- تسهیل می‌کند.

در طول تخلیه شارژ نیز IO۳- توانست Br- را به Br۲ اکسید کند و در واکنش الکتروشیمیایی برای تحقق تخلیه برگشت‌پذیر و سریع IO۳- شرکت کرد. بنابراین واسطه برمید تشکیل شده در طول فرآیند شارژ و تخلیه، فرآیند واکنش را بهینه کرد و به طور موثر جنبش و برگشت‌پذیری واکنش الکتروشیمیایی را بهبود بخشید.

چرخه عمر این باتری‌ها را می‌توان تا ۱۰۰۰ چرخه افزایش داد

طبق این مطالعه، هنگامی که پژوهشگران الکترولیت خود را با یک آند وانادیوم آزمایش کردند، دریافتند که چرخه عمر باتری‌ها می‌تواند تا ۱۰۰۰ چرخه افزایش یابد که پایداری قابل توجهی را نشان می‌دهد.

دانشمندان همچنین اشاره کردند که چگالی انرژی باتری‌های آنها حتی از برخی مواد الکترود جامد فراتر رفته و می‌تواند از نظر هزینه با باتری‌های لیتیومی سنتی قابل مقایسه باشد.

آنها ادعا کردند که کارشان نشان می‌دهد که باتری‌های آبی با چگالی انرژی بالا قابل توسعه هستند و این یک گزینه توسعه‌پذیر برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه و حتی وسایل نقلیه الکتریکی است.

پروفسور لی گفت: این مطالعه ایده جدیدی را برای طراحی باتری‌های آبی با چگالی بالا ارائه می‌دهد و می‌تواند کاربرد باتری‌های آبی را گسترش دهد.