این باتری به سلطه باتری های لیتیوم-یون خاتمه خواهد داد
ساخت اپل آی دی: پژوهشگران یک باتری کلسیم-یون حالت شبه جامد ساخته اند که انتقال یون و پایداری چرخه را بهبود می بخشد و با عمر 1000 چرخه می تواند فرمانروایی باتری های لیتیوم-یون را به چالش بکشد.
به گزارش ساخت اپل آی دی به نقل از ایسنا، محققان دانشگاه علوم و فناوری هنگ کنگ(HKUST) نوع جدیدی از باتری کلسیم-یون را توسعه داده اند که می تواند با بهبود پایداری و عملکرد، فناوری لیتیوم-یون را به چالش بکشد.
این تیم این سیستم را با بهره گیری از الکترولیت های حالت شبه جامد مبتنی بر چارچوب های آلی کووالانسی فعال اکسایش-کاهش ساختند.
باتری های کلسیم-یون بعنوان جایگزینی امیدوارکننده برای باتری های لیتیوم-یون درنظر گرفته می شوند، چونکه کلسیم، فراوان و ارزان است.
آنها همینطور یک پنجره الکتروشیمیایی قابل مقایسه عرضه می دهند، اما استقرار عملی به علت انتقال ضعیف یون و چرخه ناپایدار متوقف شده است.
باتری های لیتیوم-یون بر بازار امروز تسلط دارند و به وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم های ذخیره سازی شبکه و لوازم الکترونیکی مصرفی نیرو می دهند. با این وجود، منابع لیتیوم محدود هستند و بهبود بیشتر چگالی انرژی به صورت درحال افزایشی دشوار می شود. این امر جستجو برای شیمی باتری های نسل بعدی را شدت بخشیده است.
سیستم های کلسیم-یون با یک چالش اساسی که حرکت کارآمد یون های +Ca2 از راه الکترولیت در عین حفظ پایداری ساختاری در چرخه های شارژ و تخلیه شارژ مختلف است، روبرو هستند. بدون انتقال سریع یون، عملکرد کاهش پیدا می کند و تخریب تسریع می شود.
حل گلوگاه یون
تیم تحقیقاتی با طراحی چارچوب های آلی کووالانسی غنی از کربونیل که بعنوان الکترولیت های شبه جامد عمل می کنند، به این مساله پرداخت. این مواد کانال های هم ترازی ایجاد می کنند که یون های کلسیم را از راه ساختار هدایت می کنند.
به قول پژوهشگران، الکترولیت های جدید به رسانایی یونی 0.46 میلی زیمنس بر سانتی متر و قابلیت انتقال +Ca2 بیشتر از 0.53 در دمای اتاق دست پیدا کردند. مطالعات تجربی و شبیه سازی نشان داد که یون های کلسیم به سرعت در امتداد گروههای کربونیل هم تراز در داخل منافذ منظم COF حرکت می کنند.
این طراحی مواد، تیم را قادر ساخت تا یک سلول باتری کامل کلسیم-یون را مونتاژ کند. این سیستم ظرفیت ویژه برگشت پذیر 155.9 میلی آمپر ساعت بر گرم را در 0.15 آمپر بر گرم عرضه داد. همینطور بعد از ۱۰۰۰ چرخه، بیشتر از ۷۴.۶ درصد از ظرفیت خویش را در یک آمپر بر گرم حفظ کرد.
این اعداد نشان میدهد که این فناوری بخصوص در کاربردهایی که پایداری و هزینه در اولویت هستند، به استفاده عملی نزدیک تر می شود.
پروفسور یونسئوب کیم(Yoonseob Kim)، دانشیار گروه مهندسی شیمی و زیست شناسی در HKUST اظهار داشت: تحقیقات ما پتانسیل دگرگون کننده باتری های کلسیم-یون را بعنوان جایگزینی پایدار برای فناوری لیتیوم-یون برجسته می کند. با استفاده از خواص منحصر به فرد چارچوب های آلی کووالانسی اکسایش-کاهش، گامی مهم در جهت تحقق راهکارهای ذخیره سازی انرژی با کارآمدی بالا برداشته ایم که می تواند نیازهای آینده ای سبزتر را برآورده کند.
پیش به سمت جایگزین های لیتیوم
این پیشرفت یکی از بزرگترین نقاط ضعف سیستم های کلسیم-یون را هدف قرار می دهد که انتقال کند کاتیون است. این تیم با بهبود تحرک یون در عین حفظ یکپارچگی ساختاری، هم به مساله کارآمدی و هم به دوام پرداخت.
الکترولیت های حالت شبه جامد همینطور مزایای ایمنی نسبت به سیستم های مایع عرضه می دهند، خطرات نشت را کم می کنند و پایداری مکانیکی را بهبود می بخشند. این می تواند این فناوری را برای وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره سازی در مقیاس شبکه که در آن ایمنی و عمر طولانی بسیار مهم می باشد، جذاب کند.
این مطالعه با همکاری محققان دانشگاه شانگهای جیائو تونگ(Shanghai Jiao Tong) انجام شد.
در صورتیکه برای مقیاس بندی این فناوری و اعتبارسنجی قابلیت تجاری بلند مدت به کار بیشتری نیاز است، نتایج نشان میدهد که باتری های کلسیم-یون می توانند به معیارهای عملکرد رقابتی نزدیک شوند.
با شتاب گرفتن گذار جهانی انرژی، شیمی باتری فراتر از لیتیوم مورد توجه قرار گرفته است و پیشرفت هایی از این دست نشان میدهد که سیستم های مبتنی بر کلسیم می توانند بخشی از ترکیب ذخیره سازی انرژی آینده باشند.
این یافته ها در مجله Advanced Science انتشار یافته است.
.
به اجمال، سیستم های کلسیم-یون با یک چالش اساسی که حرکت کارآمد یون های +Ca2 از راه الکترولیت در عین حفظ پایداری ساختاری در چرخه های شارژ و تخلیه شارژ مختلف است، روبرو هستند. این سیستم ظرفیت ویژه بازگشت پذیر 155.9 میلی آمپر ساعت بر گرم را در 0.15 آمپر بر گرم عرضه داد. این یافته ها در مجله Advanced Science انتشار یافته است.
منبع: idstore.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب