باتری‌های روی-گوگرد: انقلاب جدید در ذخیره انرژی با قدرت بیشتر و خطر کمتر!

تحولات تازه در زمینه باتری‌های روی-گوگرد

باتری‌های لیتیوم-یونی قابل شارژ، انرژی مورد نیاز وسایل گوناگونی رو تأمین می‌کنن، از ماشین‌های برقی گرفته تا گجت‌های پوشیدنی. اما تحقیقات نویدبخشی که اخیراً توی دانشگاه کیس وسترن رزرو انجام شده، نشون می‌ده که شاید یه جایگزین پایدارتر و به صرفه‌تر تو باتری‌های بر پایه روی وجود داشته باشه. دانشمندا تو یه پژوهش که تازگیا تو مجله Angewandte Chemie منتشر شده، خبر از یه قدم بزرگ به سمت ساخت باتری‌های روی-گوگرد با راندمان بالا و قیمت کم دادن.

چیس کائو، محقق اصلی و استاد مهندسی مکانیک و هوافضا توی دانشکده مهندسی کیس، گفت: «این تحقیق یه جهش اساسی به جلو توی توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی که هم ایمن‌تر هستن و هم دوام بیشتری دارن، محسوب می‌شه.» اون اضافه کرد: «باتری‌های آبی روی-گوگرد این پتانسیل رو دارن که طیف وسیعی از کاربردها رو پوشش بدن – از سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر گرفته تا وسایل الکترونیکی قابل حمل – با کمترین آسیب به محیط‌زیست و وابستگی کمتر به مواد کمیاب.»

با وجود استفاده‌ی گسترده، باتری‌های لیتیوم-یونی گرون هستن، به مواد نسبتاً نایابی وابسته هستن و تولیدشون هم پیچیده است. در مقابل، باتری‌های روی-گوگرد از مواد به‌وفور یافت‌شده و ارزون‌تری استفاده می‌کنن و نگرانی‌های زیست‌محیطی و ایمنی کمتری دارن. اما با این وجود، مشکلاتی مثل خوردگی آند روی، هدایت‌پذیری کم و تشکیل ساختارهای درختی (دندریت‌ها) جلوی تجاری‌شدن این باتری‌ها رو گرفته بوده.

تیم پژوهشی کائو با اضافه کردن دو ماده‌ی کلیدی، یعنی اتر متیل پروپیلن گلیکول و یدید روی، تونستن بر این موانع غلبه کنن. این تکنولوژی پیشرفت‌های چشمگیری رو به همراه داشت: افزایش ۲۰ درصدی ظرفیت ذخیره انرژی، بهبود هدایت‌پذیری و پایداری، و جلوگیری از تشکیل دندریت‌های روی.

یک انقلاب در باتری‌های جدید: ایمنی بیشتر و کارایی بالاتر

اگه دندریت‌ها دو قطب مثبت و منفی باتری رو به هم وصل کنن، باعث اتصال کوتاه و احتمال آتش‌سوزی می‌شن؛ این یکی از مشکلات بزرگ باتری‌های لیتیوم-یونیه. گویین ژو، استاد دانشگاه دونگ‌هوا در شانگهای و یکی از نویسنده‌های اصلی این پژوهش، می‌گه: «این مواد افزودنی نه تنها کارایی باتری رو بالا می‌برن، بلکه با کاهش تشکیل دندریت‌ها، به نگرانی‌های قدیمی در مورد ایمنی پاسخ می‌دن.» اون ادامه می‌ده: «نتیجه‌ی این تحقیقات، تولید باتری‌های فشرده‌تر با چگالی انرژی بالاتر هست که می‌تونن چندین بار شارژ بشن بدون این که افت کیفیت قابل توجهی پیدا کنن.»

اهمیت این پیشرفت فقط به قیمت و ایمنی محدود نمی‌شه. باتری‌های زینک-گوگرد چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی دارن که این امکان رو فراهم می‌کنه تا وسایل کوچکتر و با عمر طولانی‌تری طراحی بشن. این موضوع می‌تونه یه تحول اساسی تو زمینه‌ی ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و وسایلی باشه که به قابلیت اطمینان و بازدهی بالا نیاز دارن.

علاقه‌ی اصلی کائو به توسعه‌ی باتری‌های بهتر برای رباتیک نرم مدرن و سیستم‌های حسگری پیشرفته است. این دو فناوری نیازمند باتری‌هایی با ظرفیت بالا و عمر طولانی هستن. به عنوان مثال، اون در حال کار بر روی ربات‌های شناگریه که از طبیعت الهام گرفتن و توانایی‌شون به استفاده از باتری‌های سبک و با دوام بستگی داره که بتونن ماموریت‌های طولانی رو بی‌نقص انجام بدن؛ چون ربات نمی‌تونه وسط کار خاموش بشه و دیگه به خونه برگرده.

کائو که مدیریت آزمایشگاه ماشین‌های نرم و الکترونیک در دانشگاه CWRU رو بر عهده داره، در حال توسعه‌ی فناوری‌های جدید برای اکتشافات فضایی و هم‌چنین کشاورزی هم هست و دنبال راهکاری برای از بین بردن زباله‌های خطرناک و انبوه فضایی می‌گرده. این تحقیقات با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه فودان در شانگهای و دانشگاه علم و فناوری هنگ‌کنگ انجام شده.