یه خبر خیلی باحال از دنیای علم و تکنولوژی: یه تیم از دانشگاه ایالتی فلوریدا تو آمریکا (Florida State University) تونستن یه کار متفاوت با پلیمرها انجام بدن که ممکنه راهو برای ساخت باتریهایی خیلی امنتر و بادوامتر برای گوشیها، ماشینای برقی، پهپادها و حتی فضاپیماها باز کنه!
حالا قضیه چی بوده؟ این دانشمندا اومدن یه پلیمر رایج بهنام Polyethylene Oxide یا همون PEO که تو باتریهای لیتیوم-یون خیلی استفاده میشه، با یه پلیمر دیگه که خودشون درستش کردن و بار الکتریکی خاصی داره به اسم p5 ترکیب کردن. حالا PEO خودش بخاطر اینکه یونها (که همون ذرههای باردار کوچیک هستن) رو خوب جابجا میکنه و قوی هم هست تو باتریها پرطرفدار شده.
نکته جذاب کار این تیم این بود که فهمیدن حتی مقدار کمی بار الکتریکی (یعنی همین شارژهای کوچک داخل پلیمرها) میتونه کل رفتار و ترکیب شدن پلیمرها رو تغییر بده! یعنی چی؟ یعنی اگه مقدار p5 کم باشه، ترکیب این دو تا پلیمر انگار قهر میکنن و خودشون رو سریع جدا میکنن و دو لایه درست میشه؛ اما اگه مقدار p5 بیشتر بشه، این دوتا عاشق هم میشن و یه ماده یکنواخت و ثابت درست میکنن.
دکتر دنیل هالینان جونیور (Daniel Hallinan Jr.) که استاد مهندسی شیمی و زیستپزشکیه و یکی از نویسندههای این تحقیق هم بوده گفت: “دوز بار و قدرت الکترواستاتیکی – یعنی همون نیروی بین شارژها – مثل دو تا اهرم اصلی هستن که رفتار پلیمرها رو تعیین میکنن.” خلاصه یعنی میشه فقط با تنظیم مقدار شارژ، جنس پلیمرها رو کاملاً متفاوت کرد. (الکترواستاتیک همون نیرویی هست که باعث میشه ذرههای باردار همدیگه رو جذب یا دفع کنن)
ماجرا رو محققای دیگه هم دنبال کردن. مثلاً مایکل پاتریک بلات (Michael Patrick Blatt) که قبلاً دانشجوی دکترای همین گروه بوده، همراه هالینان انواع نسبتهای مختلف PEO و p5 رو امتحان کردن تا دقیق بفهمن چه جوری با هم ترکیب میشن و هر بار چه اتفاقی براشون میفته. اونهام فهمیدن که با تغییر دما، این ترکیبها تو نقطههای خاصی از حالت جامد به مایع تبدیل میشن و این براشون مهم بود چون فهمیدن تو چه شرایطی میشه این مواد رو پایدار نگه داشت.
یه خبر خوب دیگه اینه که تیم تونسته با مدلهای ریاضی (یعنی معادلات پیشبینی) ثابت کنه که میشه خیلی سریعتر و آسونتر مواد جدید برای باتریها کشف کرد چون لازم نیست همه پلیمرها رو اول تو آزمایشگاه بسازن و تست کنن و وقت تلف کنن. از همون اول میشه با این معادلات فهمید کدوم ترکیب مناسب نیست و باید بذارنش کنار!
حالا چرا اینهمه داستان برای ما مهمه؟ چون باتریهای حالتجامد یا solid-state batteries، که توشون بهجای الکترولیت مایع (که معمولاً قابل اشتعال و خطرناکن) از مواد جامد استفاده میکنن، آیندهی باتریها رو تعیین میکنن. مثلاً دیگه خبری از باتریهایی که موقع ضربه خوردن یا مشکل آتیش بگیرن نیست! باتری لیتیومی حالتجامد یعنی انرژی بیشتر، امنیت بیشتر، و عمر بالاتر برای وسایل ما.
خودِ هالینان خیلی جالب گفته: “اینو تصور کن، تفاوت بین چراغ نفتی و شمع! شمع سادهتر، حملش راحتتر و همهجا هست، واسه همین مردم هنوز از شمع استفاده میکنن نه از چراغ نفتی. باتری های حالتجامد هم همینجوری قراره همهگیر بشن چون کار باهاشون راحتتر و امنتره.”
اگه باتریهای گوشی، ماشین برقی، پهپاد و حتی فضاپیما بر پایه این مطالعات ساخته بشه، ما دستگاههایی داریم که هم بیشتر کار میکنن، هم کمتر خراب و آتیشسوز میشن. تازه، با افزایش تقاضای جهانی برای برق و انرژیِ ذخیرهشده، کلی هم صرفهجویی و بازدهی خواهیم داشت!
نکته خفن دیگه اینه که الان محققها دارن روی این کار میکنن که به جای اتصالدهندههای غیرقابل هادی که یونها رو نگه میداشتن، از همین ترکیبات برای ساخت غشاهای الکترولیتی فوقنازک و منعطف استفاده کنن – یعنی غشایی که یونها بتونن راحت توش حرکت کنن و همهجای باتری رو پوشش بدن. (غشا همون لایهایه که داخل باتری، یونها رو جابجا میکنه و جداکننده بخشهای مختلف باتریه)
در کل، این کشف تازه نهتنها میتونه پیشرفت خیلی بزرگی تو دنیای باتریها باشه، بلکه احتمالا خیلی از دانشمندان دیگه رو هم راهنمایی میکنه برای ساخت مواد جدیدتر و کارآمدتر.
این تحقیق تو ژورنال معتبر Macromolecules (که نشریه رسمی انجمن شیمی آمریکا هست) منتشر شده و به نظر میاد بزودی خبرهای بیشتری درمورد استفادههای خلاقانه از این پلیمرهای قدرتمند بشنویم. پس اگه دنبال آیندهای امنتر و وسایل هوشمند قدرتمندتر هستی، این داستان حسابی باید هیجانتو برانگیخته کنه!
منبع: +
