احتمال غلبه باتری‌های منیزیمی بر باتری لیتیومی

به گزارش برق نیوز، باتری‌های لیتیوم‌یونی در حال حاضر از نمونه‌های بی‌نظیر در دنیای باتری‌ها هستند. اگر دانشمندان بتوانند مشکل الکترولیت‌های موثر را حل کنند، باتری‌های منیزیمی پتانسیل پیشی گرفتن از باتری‌های لیتیوم‌یونی را دارند.

محققان آزمایشگاه‌های "برکلی" (Berkeley)، "موسسه فناوری ماساچوست" (MIT) و آزمایشگاه ملی "آرگون" (Argonne)، در یک همکاری مشترک ماده جامدی را ایجاد کردند که به نظر می‌رسد یکی از سریع‌ترین رسانا‌های منیزیم-یون باشد و می‌تواند به تولید باتری‌های ایمن‌تر و کارآمدتر منجر شود.

باتری‌های لیتیومی می‌توانند هر وسیله‌ای، از گوشی تلفن گرفته تا خودرو‌های برقی را شارژ کنند و با وجودی‌که این فلز در حال حاضر به همین منظور به کار می‌رود، اما هنوز هم فضای کافی برای بهبود آن از نظر کارایی و قیمت وجود دارد.

از سوی دیگر منیزیم ظرفیت ذخیره انرژی بالاتری نسبت به لیتیوم دارد و در طبیعت به وفور یافت می‌شود و این بدان معناست که دستگاه‌هایی که با آن تولید می‌شوند، ارزان‌تر بوده و تولید آن‌ها راحت‌تر است.

تنها مانع موجود در کاربرد منیزیم در باتری‌ها، الکترولیت است که بار الکترولیتی را میان آند و کاتد برقرار می‌کند.

 

پژوهش اخیر شرکت "تویوتا" (Toyota) و "موسسه فناوری کارلسروهه" (KIT) با هدف بهبود باتری‌های الکترولیت مایع صورت گرفت، اما این الکترولیت تمایل به ایجاد خوردگی در سایر قسمت‌های باتری دارد؛ بنابراین محققان در مطالعه جدید به دنبال راهکاری برای حل این مشکل هستند.

نتیجه نهایی این تحقیق، تولید ماده‌ای است که "منیزیم اسکاندیم سلناید اسپینل" نامیده می‌شود و در واقع یک الکترولیت حالت جامد است که به یون‌های منیزیم اجازه حرکت راحت درون ماده را می‌دهد.

تیم تحقیقاتی دریافتند که این الکترولیت به اندازه یک ماده رسانا موثر است و می‌تواند در برخی باتری‌های لیتیومی بکار رود.

بنا به مطالعات نظری ابتدا پیش‌بینی شد که این ماده به خوبی کار می‌کند و بدین منظور آزمایشات طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای اجرا شد. این آزمایشات برای تشخیص حرکت یون‌های منیزیم و لیتیوم عبوری از یک ماده استفاده می‌شود، اما به علت پیچیده بودن ماده تولیدی جدید، تفسیر داده‌ها با مشکل مواجه شد.

"پیری‌مانوئل کانیپا" (Pieremanuele Canepa)، سرپرست تیم تحقیقاتی گفت: اساسا در این باره پروتکلی وجود ندارد. این یافته‌ها تنها در صورتی قابل اجرا هستند که از یک رویکرد ترکیبی چند روشی (رزونانس مغناطیسی هسته‌ای حالت جامد و اندازه‌گیری سنکروترون در آزمایشگاه آرگون) به همراه مشخصات الکتروشیمیایی رایج استفاده کرد.

تیم تحقیقاتی اعلام کرد: قبل از این که مواد منیزیمی در یک باتری استفاده شود، تعدادی پیچ‌خوردگی باید صاف شوند.

در حال حاضر نشت الکترونی اندکی نیز مشاهده می‌شود، اما بهبود حرکت یونی برای یک باتری تجاری حالت جامد، امیدوارکننده است، زیرا نسبت به دستگاه‌های مرسوم با الکترولیت مایع ایمن‌تر هستند.

بکارگیری این روش در ساخت باتری‌ها کمی طول می‌کشد. این اولین بار است که یک ماده جامد با قابلیت حرکت آسان منیزیم درون آن ساخته می‌شود.

با توجه به این که منیزیم حرکت کندتری درون بیشتر جامدات دارد، دستیابی به این ماده جدید انتظار نمی‌رفت.

یافته‌های این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.