ساخت یک باتری جدید مبتنی بر آب بدون فلز

محققان دانشگاه تگزاس A&M در ایالات متحده در حال بررسی الکترودهای مبتنی بر آب و بدون فلز برای ساخت باتری هستند که می‌توانند روزی برای طیف وسیعی از کاربردها به جای باتری‌های لیتیوم یونی رایج امروزی مورد استفاده قرار بگیرند.

باتری‌های لیتیوم یونی هسته اصلی حمل و نقل الکتریکی در کشورهای متعهد به کاهش انتشار کربن در سراسر جهان هستند. در حالی که ایالات متحده برنامه‌های بلندپروازانه‌ای برای تغییر صنعت حمل و نقل دارد، اما به خوبی از کاستی‌های خود در این زمینه آگاه است.

اجزای حیاتی باتری‌های لیتیوم یونی مانند لیتیوم و کبالت عمدتا در ایالات متحده وارداتی هستند و در صورت تشدید تنش‌های ژئوپلیتیکی، کل این بخش در معرض خطر جدی قرار می‌گیرد. محققان دانشگاه A&M تگزاس یکی از گروه‌هایی هستند که توسط وزارت انرژی و بنیاد ملی علوم ایالات متحده حمایت می‌شوند و به دنبال جایگزین‌هایی برای باتری‌های لیتیوم یونی هستند.

باتری‌های بدون فلز و مبتنی بر آب

جودی لوتکنهاوس(Jodie Lutkenhaus) و دانیل تابور(Daniel Tabor)، استاد و استادیار مهندسی شیمی در این دانشگاه چند سالی است که در مورد باتری‌های مبتنی بر آب تحقیق می‌کنند. به گفته‌ی محققان، این باتری‌ها مانند باتری‌های معمولی از یک کاتد، آند و یک الکترولیت تشکیل شده‌اند.

با این حال تفاوت آنها در این است که الکترودها به جای فلزات از پلیمر ساخته شده‌اند و الکترولیت مورد استفاده در آنها مخلوط آب با نمک‌های آلی است. چنین ترکیبی آتش نمی‌گیرد و الکترولیت مبتنی بر آب کلید هدایت یون‌ها و ذخیره انرژی است.

محققان دریافته‌اند که پلیمرهای رادیکال غیر مزدوج فعال ردوکس(redox-active, non-conjugated radical polymers)، مواد ایده‌آلی برای ساخت این الکترودها هستند زیرا دارای ولتاژ تخلیه بالایی هستند. بسته به ماده مورد استفاده، تفاوت در ظرفیت ذخیره انرژی می‌تواند تا ۱۰۰۰ درصد باشد.

در بیانیه‌ای مطبوعاتی آمده است که گروه تحقیقاتی برای یافته‌های خود بر شبیه‌سازی و تحلیل محاسباتی متکی بوده‌اند و درکی در مورد ساختارها و دینامیک در مقیاس مولکولی میکروسکوپی به دست آورده‌اند.

در برخی از آزمایش‌های انجام‌شده، محققان همچنین توانستند به صورت ماکروسکوپی مشاهده کنند که آیا کاتد در ارتباط با نمک‌های خاصی در الکترولیت بهتر عمل می‌کند یا خیر. آنها این کار را با اندازه‌گیری غلظت نمک و آب انجام دادند.

آن‌ها قصد دارند در آینده شبیه‌سازی‌های بیشتری را برای درک بهتر نظریه پشت باتری‌های آبی انجام دهند که در نهایت بتوان از مواد بهتری برای طراحی آنها استفاده کرد.

محققان مقاله‌ی خود را در مجله‌ی Nature Materials منتشر کردند.