ابداع باتری‌های آبی ارزان که منفجر نمی‌شوند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ساینس الرت، پژوهشگران استرالیایی موفق شدند با جایگزین کردن الکترولیت‌های شیمیایی و خطرناک باتری‌ها با آب، «باتری آبی» قابل بازیافت بسازند. این باتری آبی مشکلات مهمی را با فناوری نوظهور حل کرده و می‌تواند جایگزین ایمن‌تر و سبزتری برای باتری‌های معمولی باشد.

باتری‌های آبی به عنوان باتری‌های یون فلزی آبی شناخته می‌شوند و از فلزاتی مانند منیزیم یا روی استفاده می‌کنند که در مقایسه با موادی که در حال حاضر در انواع دیگر باتری‌ها استفاده می‌شوند، ارزان‌تر و کمتر سمی است.

باتری‌ها با ایجاد جریانی از الکترون‌ها انرژی را ذخیره می‌کنند که از انتهای مثبت باتری (کاتد) به انتهای منفی (آند) در حرکتند. هنگامی که الکترون‌ها در جهت مخالف جریان می‌یابند، انرژی مصرف می‌کنند. مایع موجود در باتری برای انتقال الکترون‌ها به عقب و جلو بین هر دو انتها وجود دارد.

در باتری آبی، به جای اسید سولفوریک یا نمک لیتیوم، مایع الکترولیت محلولی از آب با چند نمک افزوده است.

نکته مهم این است که محققان ابداع کننده این باتری، راهی برای جلوگیری از اتصال کوتاه این باتری‌های آبی ابداع کرد. در اتصال کوتاه توده‌های فلزی دندانه دار کوچکی به نام دندریت روی آند فلزی داخل باتری ایجاد شده و از محفظه‌های باتری عبور می‌کنند.

برای جلوگیری از این امر، محققان آند روی باتری را با فلز بیسموت پوشاندند که اکسید شده و زنگ می‌زند. این یک لایه محافظ ایجاد کرده که از تشکیل دندریت‌ها جلوگیری می‌کند. آزمایش‌ها نشان داد این تغییر موجب شد باتری‌های آبی دوام بیشتر داشته باشند و بیش از ۸۵ درصد ظرفیت خود را پس از ۵۰۰ چرخه حفظ کنند.

محققان دانشگاه  RMIT در ملبورن استرالیا می‌گویند اگرچه این فناوری جدید بعید است به این زودی جایگزین باتری‌های لیتیوم یونی شود، اما با تحقیق و توسعه بیشتر، باتری‌های آبی می‌توانند جایگزین ایمن تری برای باتری‌های لیتیوم یونی طی یک دهه آینده باشند.

باتری‌های لیتیوم یونی که در طیف وسیعی از تجهیزات الکترونیکی از لپ تاپ و تلفن گرفته تا دوچرخه‌های برقی و خودرو یافت می‌شوند. این باتری‌ها می‌توانند بیش از حد داغ شده و در موارد شدید آتش بگیرند چرا که لیتیوم یک فلز کاملا فعال است که در یک الکترولیت آلی غوطه ور می‌شود.

با توجه به این نگرانی‌های ایمنی، محققان مدت هاست در تلاشند با مواد مختلف باتری‌هایی بسازند که ضمن داشتن عملکرد یکسان و طول عمر مشابه، ایمنی بیشتری داشته باشند.

این پژوهشگران تاکنون موفق شده اند نمونه‌های اولیه‌ای از باتری‌های آبی را در اندازه سکه که در ساعت‌ها استفاده می‌شوند و همچنین باتری‌های استوانه‌ای شبیه باتری‌های AA  یا AAA بسازند. آنها قصد دارند چگالی انرژی باتری‌های آبی خود را بهبود بخشند تا قابل مقایسه با باتری‌های لیتیوم یون فشرده موجود در دستگاه‌های جیبی شوند.

پژوهشگران ترجیح می‌دهند با منیزیم کار کنند چرا که سبک‌تر از روی با چگالی انرژی پتانسیل بیشتر. آنها معتقدند اگر باتری‌های یون منیزیم را بتوان تجاری کرد، این فناوری می‌تواند ظرف چند سال جایگزین باتری‌های حجیم سربی - اسیدی شود.

باتری‌های سربی - اسیدی چگالی انرژی پایینی دارند و برای روشن کردن موتور‌های خودرو‌های بنزینی یا دیزلی و در ذخیره سازی انرژی شبکه در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند. با این حال، از آنجایی که آنها حاوی سرب و اسید‌های خطرناک هستند، نمی‌توان آنها را دور انداخت و باید در مراکز تخصصی بازیافت شوند.

بازیافت یا استفاده مجدد از باتری‌های لیتیوم یونی نیز با توجه به افزایش پیش بینی شده تقاضا برای باتری‌ها و فلزات مورد استفاده در ساخت آنها، بسیار اهمیت یافته است، زیرا جهان در حال برقی کردن سیستم‌های انرژی خود را برای حذف تدریجی سوخت‌های فسیلی و مبارزه با تغییرات آب و هوایی است.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.