رکوردشکنی باتری «روی-هوا» دانشمند ایرانی مقیم استرالیا

به گزارش ایسنا، دانشمندان استرالیایی پس از توسعه یک باتری رکوردشکن روی-هوا(zinc-air) با استفاده از مواد سه‌بعدی حرارت‌داده‌شده و کبالت در سطح اتمی، راه‌حلی ارائه داده‌اند که می‌تواند آینده ذخیره‌سازی انرژی پاک را متحول کند.

به نقل از آی‌ای، تیم تحقیقاتی دانشگاه موناش(Monash) مستقر در ملبورن استرالیا، کاتالیزور جدیدی را معرفی کرده که نویدبخش افزایش قدرت، طول عمر بیشتر و کاهش هزینه‌ها در باتری‌های نسل بعدی است.

محققان فاش کردند که این نوآوری از کاتالیزورهای تجاری استاندارد ساخته شده از فلزات گران‌قیمت مانند پلاتین و روتنیم بهتر عمل می‌کند.

سعید عسکری، دانشجوی دکترا در دانشگاه موناش، به همراه پاراما بانرجی(Parama Banerjee)، مدرس ارشد در بخش مهندسی شیمی و بیولوژیکی که رهبری این پژوهش را بر عهده داشت، طبق گزارش‌ها از عملیات حرارتی برای تبدیل مواد سه‌بعدی به ورق‌های کربنی فوق‌العاده نازک استفاده کرده‌اند.

عسکری گفت: با مهندسی کبالت و آهن به عنوان اتم‌های منفرد روی یک چارچوب کربنی، به عملکرد رکوردشکنی در باتری‌های روی-هوا دست یافتیم که نشان می‌دهد وقتی کاتالیزورها با دقت اتمی طراحی می‌شوند، چه چیزهایی ممکن می‌شود.

آزاد کردن پتانسیل باتری روی-هوا

باتری‌های روی-هوا سلول‌های الکتروشیمیایی فلز-هوا هستند که با اکسیداسیون «روی» با اکسیژن هوا تغذیه می‌شوند. آنها شامل یک آند فلزی «روی» هستند که از طریق یک آند هوا به اکسیژن متصل می‌شود.

باتری‌های روی-هوا که به دلیل چگالی انرژی بالا، هزینه کم و سازگاری با محیط زیست به دلیل فراوانی «روی» شناخته می‌شوند، توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده‌اند. آنها به عنوان یک راه حل امیدوارکننده برای کاربردهای با ظرفیت بالا مانند لوازم الکترونیکی قابل حمل، وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی تجدیدپذیر در حال ظهور هستند.

این باتری‌ها معمولاً قابل شارژ نیستند، اما محققان در حال کار بر روی قابل شارژ کردن آنها برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ هستند. با این حال، کاربرد عملی این باتری‌ها عمدتاً با دو چالش توان خروجی محدود و پایداری ضعیف شارژ-تخلیه‌شارژ روبروست.

این دو مهندس در دانشگاه موناش برای حل این چالش، تمام رکوردهای عملکرد در باتری‌های روی-هوا را شکستند. طبق گزارش‌ها، محققان از عملیات حرارتی برای تبدیل مواد سه‌بعدی به صفحات کربنی استفاده کردند و اتم‌های کبالت را برای تولید یک راه‌حل سریع‌تر و کارآمدتر اضافه کردند.

این آزمایش، یک باتری تولید کرد که ۷۴ روز دوام آورد و با استفاده از کبالت و آهن به عنوان مواد کاتدی، ۳۵۷۰ چرخه شارژ را تحمل کرد.

عسکری توضیح داد: شبیه‌سازی‌های پیشرفته ما نشان داد که جفت‌های اتم کبالت-آهن، همراه با ناخالصی‌های نیتروژن، انتقال بار را افزایش داده و سینتیک واکنش را بهینه می‌کنند و یکی از بزرگترین تنگناهای باتری‌های روی-هوای قابل شارژ را حل می‌کنند.

این باتری عملکردی عالی از خود نشان داد و توانست چگالی توان ۲۲۹.۶ میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع(mW/cm2) و چگالی انرژی ۹۹۷ وات‌ساعت بر کیلوگرم(Wh/kg) را ارائه دهد.

برای بررسی این طرح، این دو پژوهشژر آزمایش‌های مداومی را روی این باتری در طول دو ماه انجام دادند.

بانرجی می‌گوید: کار کردن مداوم یک باتری روی-هوای قابل شارژ به مدت بیش از دو ماه، نقطه عطفی در این حوزه است.

نتایج، عملکرد و پایداری استثنایی در یک سیستم روی-هوای قابل شارژ را نشان داد. «بانرجی» فاش کرد که اصول پشت این طراحی را می‌توان در سایر فناوری‌های انرژی پاک نیز به کار برد. از جمله این فناوری‌ها می‌توان به پیل‌های سوختی، تجزیه آب و تبدیل کربن دی‌اکسید(CO2) اشاره کرد.

باتری‌های روی-هوا در حال حاضر در دستگاه‌های کوچکی مانند سمعک استفاده می‌شوند. با این حال، مهندسان معتقدند که این پیشرفت جدید، پنجره‌ای را به سوی کاربردهای قابل شارژ و پرقدرت باز می‌کند.

به گفته «بانرجی»، این نوآوری نقطه عطفی در این حوزه است. او در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه گرفت: این فناوری آماده است تا فراتر از آزمایشگاه و به سمت کاربردهای عملی حرکت کند.

این مطالعه در مجله Chemical Engineering منتشر شده است.