یه خبر خفن از دنیای باتریها دارم براتون! محققهای دانشگاه کالیفرنیا سندیگو موفق شدن یه نوع باتری سدیمی حالت جامد بسازن که حتی زیر صفر هم همچنان خوب کار میکنه. جالبش اینجاست که این باتریها شاید واقعاً بتونن یه جایگزین درست و حسابی برای باتریهای لیتیومی بشن.
حالا چرا اصلاً همه دنبال باتری سدیمی افتادن؟ چون سدیم ارزونه، تو طبیعت خیلی راحت پیدا میشه و از نظر محیط زیستی هم نسبت به لیتیوم خیلی کمدردسرتره. لیتیوم خب، گرونه، زیادی کمیابه و استخراجش کلی به طبیعت آسیب میزنه. ولی باتریهای سدیمی حالت جامد که تا الان ساخته بودن، تو دمای اتاق اونقدرا خوب عمل نمیکردن.
تیم تحقیقاتی یه روش جدید ابداع کرده — اومدن یه ترکیب خاص به اسم “سدیم هیدریدوبورات” (یعنی ترکیب سدیم با یه ماده میکروسکوپی خاص از گروه بُر که بار منفی داره) رو اول کلی داغ کردن تا شروع کنه به کریستالی شدن. بعدش قارچکی سردش کردن، یعنی به سرعت خنکش کردن. این کار باعث شد ساختار کریستالی خاصی توش پایدار بمونه. به این میگن “پایدارسازی فازی متاستابل” (یعنی ساختاری که به صورت عادی پایدار نیست اما اگه سریع خنکش کنیم، گیر میکنه و پایدار میمونه).
این مدل پایدارسازی رو قبلاً تو مواد دیگه امتحان کرده بودن اما تو باتریهای حالت جامد و الکترولیتها کسی انجامش نداده بود. الکترولیت همون چیزیه که بار مثبت و منفی رو تو باتری جابهجا میکنه.
چیزی که خیلی مهمه: این کریستال خاص سدیمی، یه لایه الکترولیت خیلی باحال میشه که سرعت جابهجایی یون سدیم رو خیلی زیاد میکنه — حدود یک مرتبه بزرگتر از بهترین نمونههایی که تو مقالات علمی دیدن! حتی نسبت به ترکیب خودش، سه تا چهار مرتبه سرعت جابهجایی یون بیشتر شده. این یعنی انتقال انرژی تو باتری سریعتر و بهتر انجام میشه.
حالا اگه این فاز متاستابل رو بذارن کنار یه “کاتد با پوشش الکترولیت جامد کلریدی” (کاتد یعنی اون قسمت باتری که الکترونها رو جذب میکنه و برق ازش خارج میشه)، میشه یه باتری با کاتد ضخیم ساخت. این ضخیم بودن کاتد یه مزیت خفن داره: هرچی کاتد ضخیمتر باشه، میتونن مواد فعال بیشتری توش بریزن، یعنی باتری انرژی بیشتری تو همون حجم میگیره.
فرقش با باتریهای قبلی اینه که دیگه لازم نیست یه عالمه مواد غیرفعال تو کاتد استفاده شه، بلکه بیشترش میشه “گوشت اصلی” باتری! پس تو شرایط سرد هم عملکردش عالی میمونه و انرژی بیشتری نگه میداره.
طبق گفته دکتر ی. شیرلی مِنگ (از دانشگاه شیکاگو و سندیگو)، آینده فقط لیتیوم نیست. لیتیوم و سدیم میتونن هر دو کنار هم باشن و حتی توی یه گیگافکتوری (یعنی همون کارخانههای عظیم ساخت باتری مثل تسلا) همزمان تولید بشن.
تیم UCSD هم با ترکیب دیتاهای کامپیوتری و آزمایشگاهی، تونستن نشون بدن که این سرد کردن سریع واقعاً ساختار سودمندی رو ایجاد میکنه و وقتی با الکترولیتهای کلریدی ترکیب شه، حتی توی منفی صفر درجه هم افت کیفیت زیادی نشون نمیده. این یه قدم بزرگه تا باتریهای سدیمی به سطح لیتیومیها برسن.
در کل، این تحقیقات یه استراتژی عملی و راهنمای پردازشی برای ساخت الکترولیتهای جامد درجه یک فراهم کردن. سام اوه (نویسنده اصلی و از موسسه مواد سنگاپور) گفته: «یه دستاورد مهم اینکه ما یه ساختار متاستابل رو تثبیت کردیم که قبلاً اصلاً گزارش نشده بود!»
پس خلاصهاش این شد: باتریهای سدیمی حالت جامد دارن از راه میرسن، توی سرما هم از کار نمیافتن و شاید کمکم جای لیتیومیها رو بگیرن… حالا دیگه تو آینده، باتری موبایلهامون و ماشینهای برقی شاید به جای لیتیوم، سدیم داشته باشن!
منبع: +
