باتری هیبریدی جدید، انرژی را ۷ برابر بیشتر ذخیره می‌کند

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس (UCLA) باتری هیبریدی یون روی جدیدی توسعه داده‌اند که با بهره‌گیری از الکترودی سه‌بعدی، بیش از هفت برابر نمونه‌های مشابه انرژی ذخیره می‌کند.

کد خبر: ۴۲۷۹۵۷

تاریخ : ۱۴ تير ۱۴۰۵ - ۱۳:۱۹

نوشته

به گزارش شهرآرانیوز؛ با گسترش استفاده از پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی برای تولید برق، نیاز به روش‌های کارآمدتر برای ذخیره‌سازی این انرژی بیش از گذشته احساس می‌شود. اکنون پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس (UCLA)، فناوری جدیدی برای ساخت باتری ارائه کرده‌اند که می‌تواند ذخیره‌سازی انرژی را ارزان‌تر، بادوام‌تر و کارآمدتر کند.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد، این باتری هیبریدی یون روی قادر است بیش از هفت برابر باتری‌های مشابه مبتنی بر روی، انرژی ذخیره کند. پژوهشگران همچنین سیستم آزمایش چاپ سه‌بعدی جدید طراحی کرده‌اند که می‌تواند ارزیابی نسل‌های آینده باتری‌ها را دقیق‌تر و قابل‌اعتمادتر کند.

امروزه در بیشتر باتری‌های قابل شارژ از لیتیوم استفاده می‌شود، اما استخراج، بازیافت و تولید لیتیوم هزینه زیادی در بر دارد. در مقابل، روی حدود ۱۰۰ برابر فراوان‌تر از لیتیوم است، قیمت پایین‌تری دارد و بازیافت آن نیز آسان‌تر است. به همین دلیل، این فلز، گزینه‌ای مناسب برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ به شمار می‌رود.

باتری جدید از نوع هیبریدی است، ویژگی‌های یک باتری معمولی و یک ابرخازن را به‌طور همزمان در خود دارد. یک بخش آن مانند باتری‌های رایج، مقدار زیادی انرژی را ذخیره می‌کند و بخش دیگر مانند ابرخازن، امکان شارژ و تخلیه بسیار سریع را فراهم می‌کند و طول عمر بالایی دارد.

یکی از محدودیت‌های ابرخازن‌های معمولی این است که فقط می‌توانند انرژی را روی سطح الکترود‌های خود ذخیره کنند. برای رفع این مشکل، پژوهشگران الکترود کربنی جدیدی با سطحی بسیار گسترده طراحی کردند.

آنان با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، ساختاری شبیه لانه زنبور یا اسفنج ساختند که مملو از حفره‌های بسیار ریز است. سپس این ساختار را حرارت دادند و با فرایند‌های شیمیایی، بخش‌های اضافی را حذف کردند تا فقط یک چارچوب کربنی با رسانایی الکتریکی بالا باقی بماند. در مرحله بعد، این ساختار با اکسید وانادیوم پر شد؛ ماده‌ای که توانایی بالایی در ذخیره انرژی الکتریکی دارد.

{$sepehr_key_227807}

نتیجه این طراحی، افزایش چشمگیر ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی بود. پژوهشگران برآورد کرده‌اند که اگر فقط یک گرم از این ماده به صورت یک لایه نازک گسترده شود، سطحی معادل حدود ۱۰ زمین تنیس را پوشش خواهد داد. این سطح بسیار وسیع، فضای بیشتری برای ذخیره بار الکتریکی فراهم می‌کند.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد، این باتری جدید بیش از هفت برابر نمونه‌های مشابه مبتنی بر یون روی، انرژی ذخیره می‌کند. همچنین پس از ۱۵۰۰ چرخه شارژ و تخلیه، همچنان ۸۲ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد که نشان‌دهنده دوام بالای آن است.

پژوهشگران مشکل دیگری را نیز برطرف کردند. بسیاری از آزمایشگاه‌ها هنوز باتری‌های آزمایشی را در ظرف‌های روباز حاوی الکترولیت مایع آزمایش می‌کنند. با گذشت زمان، بخشی از این مایع تبخیر می‌شود و همین موضوع باعث کاهش عمر باتری و افت دقت نتایج آزمایش‌ها شده است.

آنان برای حل این مشکل، محفظه آزمایش چاپ سه‌بعدی کم‌هزینه با درپوش کاملا آب‌بندی‌شده طراحی کردند که از تبخیر الکترولیت جلوگیری می‌کند. این محفظه همچنین فاصله میان الکترود‌ها را ثابت نگه می‌دارد و در نتیجه اندازه‌گیری‌ها دقیق‌تر و تکرارپذیرتر می‌شوند.

مقایسه این روش با شیوه‌های متداول، نتایج چشمگیری به همراه داشت. باتری‌هایی که در محفظه جدید آزمایش شدند، پس از ۱۵۰۰ چرخه شارژ و تخلیه، ۹۸ درصد ظرفیت خود را حفظ کردند در حالی که باتری‌های آزمایش‌شده در ظرف‌های روباز، پیش از رسیدن به ۱۰۰ چرخه از کار افتادند.

پژوهشگران امیدوارند این دو نوآوری-باتری هیبریدی جدید و سیستم آزمایش چاپ سه‌بعدی- روند توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را سرعت ببخشند و زمینه تولید باتری‌هایی ایمن‌تر، ارزان‌تر و بادوام‌تر را برای پشتیبانی از گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر در سراسر جهان فراهم کنند.

نتایج این پژوهش در نشریه Small منتشر شده است.

منبع: ایسنا

{$sepehr_key_227808}