داستان باتری‌ها همیشه پر از چالشه، مخصوصاً وقتی حرف تکنولوژی های سبز و خودروهای برقی درمیونه! یکی از بزرگترین دردسرهایی که همه این سال‌ها سرش موندیم، استفاده از فلزاته گرون‌قیمت و کمیابی مثل کبالت و نیکل تو باتری‌های لیتیوم-یون بوده. این فلزها نه فقط محیط زیستو تحت تاثیر قرار میدن، بلکه استخراجشون هم کلی داستان اخلاقی داره—مثلاً خیلی جاها با شرایط کار غیرانسانی استخراج میشن.
حالا بریم سراغ خبر جدید و توپ: یه تیم از دانشگاه مک‌گیل کانادا، با همکاری محقق‌هایی از آمریکا و کره‌جنوبی، روشی ساختن که میشه باتری‌هایی بدون نیاز به کبالت و نیکل تولید کرد و در عین حال عملکردشونم عالیه! اسم این کشف «کاتد DRX» هست. اسم کاملش Disordered Rock-Salt Cathode ـه (یعنی کاتد نمک‌سنگی بی‌نظم، یه جور ساختار شیمیایی خاص که تا حالا ساختنش خیلی سخت بوده).
چی شد که کاتد DRX انقدر خاصه؟ خب از قدیم همه می‌دونستن DRX می‌تونه جایگزین خوبی باشه برای فلزات گرون، اما مشکل این بود که تولیدش در مقیاس صنعتی خیلی سخت و غیرقابل پیش‌بینی بود. این تیم با یه روش ۲مرحله‌ای و نسبتا ساده به نام «فرایند مذاب نمک» یا همون Molten Salt Process ـ یعنی ترکیب مواد توی یه محیط نمک مذاب و داغ—تونستن محیط به‌وجود اومدن ذرات DRX رو کنترل کنن. این باعث شد ذرات، خیلی ریز و با ساختار بلوری باکیفیت تشکیل بشن (بلوری یعنی ساختار منظمی دارن که جریان الکتریکی رو بهتر انتقال میدن!). معمولاً اندازه‌شون زیر ۲۰۰ نانومتر درمیاد (که واقعاً کوچیکه!).
این داستان باعث میشه تولید کاتدهای DRX همیشگی و یکدست باشه، که دقیقاً همون چیزیه که صنعت خودروسازی برقی و ذخیره‌سازهای انرژی از خداشونه. دیگه نه لازم خسته بشن و بعد تولید، با آسیاب‌کردن و پروسه‌های اضافه بخوان ذراتو ریز کنن. فقط همین دو مرحله، همون چیزی میده که باید.
خود تیم هم می‌گن: «ما اولین روشی رو ساختیم که میشه مستقیماً ذرات DRX با ساختار بلوری عالی و پخش‌شدگی یکنواخت رو بدون نیاز به آسیاب یا مراحل بعدی تولید کنیم. این کنترل روی شکل و اندازه ذره، نه تنها عملکرد باتری رو بالا برده، بلکه تولید انبوهش رو هم راحت‌تر کرده.»
تا اینجاش که خیلی خوب بود. بیاید یه نگاه به کارایی بندازیم. باتری‌هایی که با DRX جدید ساختن، بعد از ۱۰۰ بار شارژ و تخلیه ۸۵٪ ظرفیتشون رو نگه می‌دارن. این یعنی دو برابر دوام نسل قبلی DRX ـه! این به خاطر همون یکنواختی و کیفیت ذرات بلوریه که تکنولوژی مذاب نمک بهشون داده.
حالا نکته مهم! چون این کاتدها به نیکل و کبالت نیاز ندارن، هم از لحاظ زیست‌محیطی و هم اخلاقی مزیت دارن. استخراج این دو فلز خودش یه قصه درام هس: معادنی که شرایط کارش فاجعه‌ست و تأمینشون همش با نوسان قیمته. این فناوری جدید می‌تونه به طور جدی وابستگی صنعت باتری به این منابع دردسردار رو کم کنه.
اما این پروژه فقط کار مک‌گیل نبوده؛ دانشگاه استنفورد (SLAC National Accelerator Lab) و موسسه KAIST کره‌جنوبی هم همکاری داشتن. یه شرکت آمریکایی به اسم Wildcat Discovery Technologies هم پشتیبان مالی پروژه بوده و الان هم دنبال اینه که روش تولید جدید DRX رو به مقیاس صنعتی برسونه.
یکی از نویسنده‌های اصلی مقاله (یه دانشجوی دکترا از مک‌گیل به اسم هُدا احمد) میگه: این موفقیت نشون میده هم از نظر علمی و هم صنعتی پتانسیل بالا داریم و واقعاً جاده رو برای تولید باتری‌های نسل بعد، ارزون‌تر، سبزتر و تولید انبوه هموار کردیم.
در نهایت، مقاله کامل این کشف تو ژورنال معتبر Nature Communications چاپ شده—یعنی یه جورایی کل دنیای علمی هم فهمیدن این خبر جدیه!
اگر خلاصه بخوای بدونی: با این روش جدید، آینده باتری‌های لیتیومی بدون فلزات گرون و تولید راحت‌تر، خیلی نزدیک‌تر از اون چیزیه که فکر می‌کردیم!
منبع: +
