باتری‌های قابل شارژ با قابلیت ذخیره شش برابر شارژ

باتری‌های قابل شارژ با قابلیت ذخیره شش برابر شارژ

نوع جدیدی از باتری‌های قلیایی فلزی کلر قابل شارژ ساخته شده در استنفورد، شش برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون قابل شارژ و تجاری که امروزه استفاده می‌شود برق ذخیره میکنند
کد خبر: ۹۷۷۶۹
بازدید : ۱۶۱۸
۰۸ شهريور ۱۴۰۰ - ۱۵:۴۸
محققان باتری‌های قابل شارژ تولید می‌کنند که شش برابر بیشتر شارژ ذخیره می‌کنند
 
فرادید| یک تیم بین المللی از محققان به سرپرستی دانشگاه استنفورد باتری‌های قابل شارژ را توسعه داده اند که می‌توانند تا شش برابر بیشتر از باتری‌هایی که در حال حاضر در دسترس هستند، شارژ کنند.

این پیشرفت که در مقاله جدیدی که در مجله Nature منتشر شده است، می‌تواند استفاده از باتری‌های قابل شارژ را تسریع کرده و محققان باتری را یک گام به سوی دستیابی به دو هدف اعلام شده در زمینه خود نزدیک کند: ایجاد یک باتری قابل شارژ با کارایی بالا که می‌تواند تلفن‌های همراه را قادر سازد فقط یک بار در هفته به جای وسایل نقلیه روزانه و برقی که می‌توانند بدون شارژ مجدد شش بار مسافت بیشتری را طی کنند، شارژ شوند.

به گزارش فرادید؛ باتری‌های به اصطلاح جدید قلیایی فلز کلر، که توسط تیمی از محققان به رهبری هنگجی دائی استاد شیمی استانفورد و گوانژو ژو توسعه یافته است و بر تبدیل شیمیایی سدیم کلرید (Na/Cl۲) یا لیتیوم کلرید (Li/Cl۲) به کلرین استوار است.
 
محققان باتری‌های قابل شارژ تولید می‌کنند که شش برابر بیشتر شارژ ذخیره می‌کنند

هنگامی که الکترون‌ها از یک طرف باتری قابل شارژ به طرف دیگر حرکت می‌کنند، شارژ مجدد مواد شیمیایی را به حالت اولیه باز می‌گرداند تا منتظر استفاده دیگری باشیم. باتری‌های غیر قابل شارژ چنین اقبالی ندارند. پس از تخلیه، خاصیت شیمیایی آن‌ها قابل بازیابی نیست.

هنگجی دائی می‌گوید: "یک باتری قابل شارژ کمی شبیه یک صندلی گهواره‌ای است که در یک جهت حرکت می‌کند، اما وقتی نیروی الکتریسیته اضافه می‌کنید، به سمت عقب می‌رود. آنچه ما در اینجا داریم یک صندلی گهواره‌ای بلند است. "

کشفی دیوانه‌وار

دلیل اینکه هیچ کس هنوز یک باتری قابل شارژ سدیم کلر یا لیتیوم کلر با عملکرد بالا ایجاد نکرده است این است که کلر بسیار واکنش پذیر و چالش برانگیز است و نمی‌تواند با کارایی بالا به کلرید تبدیل شود. در موارد معدودی که دیگران قادر به دستیابی به میزان مشخصی از قابلیت شارژ مجدد بودند، همواره عملکرد باتری ضعیف بوده است.

در حقیقت، Dai و Zhu اصلاً قصد ایجاد باتری قابل شارژ سدیم و لیتیوم کلر را نداشتند، بلکه صرفاً برای بهبود فناوری‌های موجود در باتری خود با استفاده از تیونیل کلراید تلاش کردند. این ماده شیمیایی یکی از اجزای اصلی باتری‌های لیتیوم-تیونیل کلراید است که نوعی محبوب از باتری‌های یکبار مصرف است که برای اولین بار در دهه ۱۹۷۰ اختراع شد.
 
اما در یکی از آزمایش‌های اولیه خود که شامل کلر و کلرید سدیم بود، محققان استنفورد متوجه شدند که تبدیل یک ماده شیمیایی به ماده دیگر به نوعی تثبیت شده و در نتیجه تا حدودی قابل شارژ شدن است.
 
محققان باتری‌های قابل شارژ تولید می‌کنند که شش برابر بیشتر شارژ ذخیره می‌کنند

هنگجی می‌گوید: "من فکر نمی‌کردم چنین امکانی وجود داشته باشد. حداقل یک سال طول کشید تا ما واقعاً بفهمیم چه اتفاقی در حال رخ دادن است. "

طی سال‌های بعد، تیم اصول شیمیایی برگشت پذیر را تعیین کرد و با آزمایش روی مواد مختلف برای الکترود مثبت باتری، راه‌هایی را برای کارآمدتر شدن آن مورد بررسی قرارداد. این پیشرفت بزرگ زمانی رخ داد که آن‌ها الکترود را با استفاده از یک ماده کربن متخلخل پیشرفته از همکاران پروفسور یوان یائو لی و دانش آموزش هونگ، چون تای از دانشگاه ملی چونگ چنگ تایوان تشکیل دادند. مواد کربنی دارای ساختار نانوسفر هستند که پر از منافذ بسیار کوچک هستند. در عمل، این کره‌های توخالی مانند یک اسفنج عمل می‌کنند و مقادیر زیادی مولکول‌های کلر را به طور قابل لمس جمع می‌کنند و آن‌ها را برای تبدیل بعداً به نمک در ریز منافذ ذخیره می‌کنند.

ژو افزود: "مولکول کلر در حفره باتری در منافذ کوچک نانوکره‌های کربنی به دام افتاده و محافظت می‌شود. سپس، هنگامی که باتری نیاز به تخلیه یا تخلیه دارد، می‌توانیم باتری را خالی کرده و کلر را به NaCl - نمک خوراکی - تبدیل کنیم و این فرآیند را در چرخه‌های مختلف تکرار کنیم. ما در حال حاضر می‌توانیم تا ۲۰۰ بار دوچرخه سواری کنیم و هنوز جای پیشرفت وجود دارد. "

نتیجه یک گام به سوی حلقه برنجی طراحی باتری - چگالی انرژی بالا است. محققان تا کنون به ۱۲۰۰ میلی آمپر ساعت در هر گرم مواد الکترود مثبت رسیده اند، در حالی که ظرفیت باتری‌های لیتیوم یونی تجاری امروزه تا ۲۰۰ میلی آمپر ساعت در گرم است. ژو می‌گوید: "ظرفیت ما حداقل شش برابر بیشتر است. "

محققان تصور می‌کنند که باتری آن‌ها روزی در شرایطی استفاده می‌شود که شارژ مکرر عملی یا مطلوب نیست، مانند ماهواره‌ها یا حسگر‌های از راه دور. بسیاری از ماهواره‌های قابل استفاده در حال حاضر در مدار شناور هستند و به دلیل باتری‌های تمام شده آن‌ها منسوخ شده اند. ماهواره‌های آینده مجهز به باتری‌های قابل شارژ طولانی مدت می‌توانند با شارژر‌های خورشیدی مجهز شده و مفید بودن آن‌ها را چندین برابر افزایش دهند.

در حال حاضر، نمونه اولیه کار آن‌ها هنوز برای استفاده در وسایل الکترونیکی کوچک روزمره مانند سمعک یا کنترل از راه دور مناسب است. برای وسایل الکترونیکی مصرفی یا وسایل نقلیه الکتریکی، کار بیشتری برای مهندسی ساختار باتری، افزایش چگالی انرژی، افزایش باتری‌ها و افزایش تعداد چرخه‌ها باقی مانده است.

منبع: Stanford University
ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
* نظر:
از میان اخبار
نگاه
تازه‌‌ترین عناوین