خب بچهها، اگه به باتریها علاقه دارید یا دلتون میخواد بدونید تو آینده قراره باتریها چطور بهتر بشن، این خبر خیلی باحاله! تیمی از محققین دانشگاه پلیتکنیک هنگکنگ و دانشگاه شنژن یه جور باتری آبی (یعنی باتریهایی که الکترولیتشون بر پایه آبه، نه مواد سمی و گرونقیمت) ساختن که واقعاً عملکردش چشمگیره.
حالا جریان چیه؟ اینا اومدن توی باتریهای زینک-یونی (همون Zinc-ion، یعنی باتریهایی که با یونِ روی کار میکنن، جایگزین باتریهای لیتیومی) یه کاتد خیلی جدید و خاص گذاشتن. این کاتد اسم طولانی داره: K⁺ و C3N4 co-intercalated NH4V4O10 یا اسم کوتاهش KNVO-C3N4. بزارین راحتتر بگم: “این یعنی یه ترکیب عجیب از پتاسیم، یه ماده به اسم C3N4 و آلیاژ وانادیم رو با هم قاطی کردن و بین لایهها فرو کردن تا کاتد رو بسازن!”
این ترکیب باعث شده باتریها چندتا ویژگی توپ پیدا کنن:
۱. عملکرد عالی حتی تو هوای خیلی سرد یا خیلی گرم! مثلاً تو دمای -۲۰ درجه، یا ۶۰ درجه هم عالی جواب میده. این برای کسایی که ابزار پوشیدنی (wearable) دارن، یا تو مناطق سردسیر زندگی میکنن خیلی خوبه. حتی برای انبار کردن برق روی شبکه (grid storage) خیلی به درد میخوره.
۲. عمر طولانی و ظرفیت بالا! یعنی این باتری واقعاً دیگه زود خالی نمیشه و هزاران بار شارژ و دشارژ رو بدون افت کیفیت تحمل میکنه.
۳. نرخ عملکرد عالی. اگه بخوای شماتیکیترش کنی مثلاً میگی: ظرفیت ویژه ۲۲۸/۴ میلیآمپر ساعت به ازای هر گرم در شدت جریان ۲۰ آمپر به ازای هر گرم! بعد از ده هزار سیکل هم ۱۷۴/۲ میلیآمپر ساعت در همین شدت جریان باقی میمونه. ترکیب قدرت و ماندگاری.
۴. چگالی انرژی و توان بالا! بذار ساده بگم: باتری معمولاً یا انرژی زیادی ذخیره میکنه یا سریع شارژ و دشارژ میشه، این باتری هر دو رو داره: چگالی انرژی ۲۱۰ واتساعت/کیلوگرم تو توان ۱۴۲۰۰ وات/کیلوگرم! یعنی هم باتری جوندار و هم پرسرعت.
حالا چرا این اتفاق افتاده؟ اینا با یه کار هوشمندانه لایههای کاتد رو جوری ساختن که فاصله بین لایهها زیاد بشه (تا ۱۰/۶۲ آنگستروم)، و حسابی جاش واسه عبور یونهای Zn۲+ باز باشه. حضور پتاسیم و C3N4 با هم یه اثر سینرژیک (یعنی وقتی با هم باشن، اثرشون خیلی قویتر از جدا جداست) میذاره. این باعث میشه نیروهای الکتروستاتیک بین Zn۲+ و لایه [VOn] ضعیفتر بشه. خلاصهش اینکه: حرکت یون راحتتر، پایداری بیشتر، ظرفیت بالاتر!
یه تکنیک دیگه هم داشتن: با اضافه و کم کردن C3N4، این فاصله لایهای رو دقیق تنظیم کردن تا برسه به یه نقطه عالی که سرعت واکنش و بازده شارژ/دشارژ و پایداری باتری بره بالا. اونا با شبیهسازی و آزمایشهای آزمایشگاهی (مثلاً molecular dynamics یعنی مدلسازی حرکت مولکولی با کامپیوتر) نشون دادن این روش چقدر جواب میده.
تازه، روش ساختش نسبتا ارزون و سادهست؛ با روشهای ارزان هیدروترمال (یعنی پخت مواد تو محلول آب تو دمای بالا) و همزدن عادی میسازن — این یعنی قابلیت تولید انبوه بالاست.
قراره تو ادامه حتی مواد دیگهای رو هم با این روش قاطی کنن یا الکترولیت رو بهینهتر کنن تا باتری تو دماهای باز هم شدیدتر هم خوب کار کنه!
پس در کل، اگه آینده رو با ابزار پوشیدنی، خودروهای برقی جدید یا حتی برقدار کردن خونهها و مناطق دورافتاده تصور میکنین، حسابی باید منتظر این نسل جدید از باتریهای آبی زینک-یونی باشید که تو سرما و گرما نمیزنن زیرش، انرژی زیاد ذخیره میکنن و عمر طولانی دارن!
راستی، اگه دنبال باتریایی میگردین که کمتر منفجر شن یا کمتر به محیطزیست آسیب بزنن، همین مسیرای تحقیقاتی میتونن آینده رو تغییر بدن. 😄
منبع: +
