یک فناوری جدید در موسسه علم مواد بارسلونا اتلاف انرژی را در باتریهای رویهوا کاهش میدهد و کارایی آنها را بالا میبرد و راهی تازه برای کاربرد در انواع فناوریهای ذخیرهسازی انرژی میگشاید.
در اسپانیا، پژوهشگران مؤسسه علوم مواد بارسلونا (ICMAB-CSIC) معماری تازهای برای باتریهای روی-هوا طراحی کردهاند که بدون دست زدن به شیمی اصلی باتری، امکان افزایش توان آن تا ۸۰ درصد را فراهم میکند. در این سامانه، عناصر رسانا در داخل باتری قرار میگیرند که مانند الکترودهای دوقطبی بیسیم عمل میکنند و به تسهیل انتقال بار و کاهش مقاومت داخلی کمک میکنند.
آگهی
آگهی
این پیشرفت راه تازهای برای طراحی باتریهای کارآمدتر و پربازدهتر میگشاید. این پژوهش که در نشریه «Energy Storage Materials» منتشر شده، با همکاری مؤسسه کاتالونی نانوعلم و نانوفناوری (ICN2) و دانشگاه ملی لا پلاتا در آرژانتین انجام شده است.
به گفته پژوهشگران، این کار و تحقیقات پیشین همین گروه، طراحی متعارف باتریها را زیر سوال میبرند و راه تازهای برای تصور سامانههای ذخیرهسازی انرژی پیشنهاد میکنند.
اصلی در طراحی که قواعد را دگرگون میکند
باتریها به لطف اختلاف انرژی میان مواد دو الکترود خود برق تولید میکنند. بارهای الکتریکی از طریق الکترولیت، یعنی مادهای که امکان حرکت یونها را فراهم میکند، از یک الکترود به دیگری جابهجا میشوند. تا امروز فرض بر این بود که این بخش باید مانع عبور الکترونها شود تا از خطر اتصال کوتاه جلوگیری شود. مطالعه جدید این اصل را زیر سوال میبرد.
تیمی به سرپرستی نیبس کاسان-پاستور، پژوهشگر ICMAB-CSIC، نشان داده است که در شرایطی معین میتوان قطعات کوچک فلزی رسانا را بدون اتصال به الکترودها یا مدار خارجی به درون باتری افزود و همین کار حتی میتواند عملکرد آن را بهبود دهد.
کلید ماجرا میدان الکتریکی است که هنگام کار باتری میان دو الکترود شکل میگیرد. پژوهشگران دریافتهاند که قرار دادن یک یا چند عنصر رسانای منزوی میان آنها به اتصال کوتاه منجر نمیشود و میتواند به بهبود انتقال بار کمک کند.
میدان الکتریکی این قطعات رسانا را قطبی میکند، به طوری که بارهای مخالف در دو سر آنها جمع میشود و مسیرهای تازهای برای انتقال بار ایجاد میکند. این فرایند مقاومت داخلی را کاهش میدهد و امکان تامین سریعتر انرژی را فراهم میکند. کاسان-پاستور میگوید: «نکته شگفتانگیز این است که این رساناها به هیچ چیز با کابل وصل نیستند؛ فقط در سامانه قرار داده میشوند و اثرهای سودمندی ایجاد میکنند.»
چالش اکسیژن، شاهکلید طراحی جدید
این پژوهش که بخشی از رساله دکترای مارک موسکداست، ظرفیت بالای باتریهای روی-هوا را نشان میدهد؛ باتریهایی که با مواد فراوان، ارزان و ایمن ساخته میشوند اما کندی واکنش اکسیژن آنها را محدود کرده است.
در طراحی تازه، الکترودهای دوقطبی بیسیم به باتری افزوده شدهاند که مقاومت داخلی را کاهش میدهند و تامین انرژی را سرعت میبخشند؛ رویکردی که امکان افزایش توان تا ۸۰ درصد را فراهم میکند.
به باور کاسان-پاستور، این کشف مسیری را میگشاید که میتواند در فناوریهای گوناگون ذخیرهسازی به کار گرفته شود. این گروه پیشتر نیز اثرهای مشابهی را در سامانههای دیگر مشاهده کرده و به پژوهش درباره ظرفیت الکترودهای دوقطبی بیسیم ادامه خواهد داد.