توسط : 
بررسی جدید پژوهشگران نشان میدهد که باتریهای مبتنی بر آب از جنس روی میتوانند با موانعی که مدتهاست جلوی ذخیره انرژی تجدیدپذیر ارزان و پایدار را گرفتهاند، مقابله کنند.
با گسترش فناوریهای انرژی تجدیدپذیر مانند سلولهای خورشیدی و توربینهای بادی در بسیاری از کشورها، ذخیرهسازی قابل اعتماد برق تولیدشده توسط این دستگاهها برای استفاده در زمان کمیاب بودن نور خورشید یا وزش باد، اثربخشی آنها را بهعنوان راهبردهای انرژی پایدار بهبود میبخشد.
یک راهبرد امیدوارکننده برای ذخیره انرژی خورشیدی و بادی، استفاده از باتریهای فلزی روی-آب است. این باتریها کمهزینه، ایمن و سازگار با محیط زیست هستند و انرژی را با استفاده از راهبردهای مبتنی بر آب و آندهای روی ذخیره و آزاد میکنند. با وجود پتانسیل این باتریها، آنها هنوز به کارآیی مطلوب و ثبات بلندمدت دست نیافتهاند زیرا مولکولهای آب در طول کار تجزیه میشوند و ساختارهای کوچکی به نام «دندریت» روی سطح الکترودهای روی تشکیل میدهند که عملکرد باتری را کاهش میدهند.
به گزارش techexplore، پژوهشگران دانشگاه مریلند (UMD) و آزمایشگاه ملی بروکهیون (BNL) اخیراً محلولهای جدید الکترولیت آبی طراحی کردهاند که میتوانند به بهبود عملکرد باتریهای روی کمک کنند. این الکترولیتها، آب را با نمکهای با دقت انتخابشده ترکیب میکنند که به یونهای شارژ منفی (آنیونها) اجازه میدهد به یونهای روی نزدیکتر شوند و ساختار مولکولی تشکیلشده در اطراف آندهای روی را تثبیت کنند.
«چونشنگ وانگ»، پژوهشگر ارشد این پروژه، توضیح داد که پیش از این الکترولیتهای «آب در نمک» ابداع شده بود که پنجره ثبات الکتروشیمیایی را تا ۳.۰ ولت گسترش داد و باتریهای روی را قادر به دستیابی به عمر چرخه طولانی کرد، اما این الکترولیتها هزینه و گرانروی را افزایش داده و میزان رسانایی یون را پایین میآورند. در پژوهش جدید، الکترولیتهای آب کمغلظتی توسعه داده شده که عملکرد مشابهی با نمونههای «آب در نمک» دارند، اما با گرانروی کم، هزینه پایین و رسانایی بالا همراه هستند.
پژوهشگران الکترولیتها را با آنیونهای پوشیدهشده از فلورین طراحی کردند که نه تنها با روی، بلکه با مولکولهای آب اطراف در ساختار محلول ثانویه نیز تعامل دارند و یک پوشش محلول ثانویه با پل آنیون تشکیل میدهند. این ساختار به محافظت از روی در برابر واکنشهای جانبی ناشی از آب کمک میکند، واکنش بین فازی پایدارتری را امکانپذیر میسازد و ویژگیهای حملونقل را حفظ میکند. الکترولیتهای آبی حاوی نمک، ساختار مولکولی پایدارتری را در اطراف روی تشکیل میدهند، تشکیل دندریتهای روی را کاهش میدهند و عملکرد کلی باتری را بالا میبرند.
پژوهشگران از الکترولیتهای تازه طراحیشده برای ساخت باتریهای روی استفاده کردند و در بررسیهای آزمایشگاهی دریافتند که باتریها به کارآیی قابل توجه ۹۹.۹۹ درصد در بیش از ۱۰۰۰ چرخه عملیاتی و تراکم انرژی تا ۱۳۰ وات بر کیلوگرم میرسند.
این پژوهش که در مجله Nature Nanotechnology به چاپ رسیده، امکانات جدیدی را برای پیشرفت باتریهای روی باز میکند. به گفته وانگ، این پژوهش چشمانداز جدیدی برای طراحی الکترولیت ارائه میدهد و مسیری را برای حفظ همزمان رسانایی یونی بالا، هزینه کم و بهبود ثبات رابط پیشنهاد میکند که میتواند پیامدهای مهمی برای طیف گستردهای از سیستمهای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی داشته باشد. الکترولیتهای آبی توسعهیافته در آینده میتوانند تجاریسازی و استقرار باتریهای روی کمهزینه، ایمن و کارآمد را در مقیاس بزرگ تسهیل کنند و ذخیره انرژی تولیدشده توسط فناوریهای تجدیدپذیر را مقرونبهصرفهتر و قابل دسترستر سازند.
