در حالی که باتریها به بخشی ضروری از زندگی روزمره ما تبدیل شدهاند، باتریهای یکبار مصرف سنتی به شدت محیط را آلوده میکنند و حاوی مواد خطرناکی مانند سرب، کادمیوم و جیوه هستند که بازیافت آنها فوقالعاده چالش برانگیز است. اما شاید باتری یون-آلمینیومی این گونه نباشد.
دانشمندان تاکید میکنند که این ماده سمی میتواند باعث مسمومیت افراد و حیوانات و همچنین آلوده شدن خاک و آب در هنگام قرار گرفتن در معرض محیط زیست در طول زمان شود.
با این حال، در یک پیشرفت اخیر، دانشمندان چینی و استرالیایی راه طولانی را برای تولید اولین باتری غیر سمی ایمن و کارآمد در جهان پیموده اند.
محققان می گویند که مرحله اول توسعه باتری یون-آلمینیومی جدید را با موفقیت به پایان رسانده اند و استاندارد جدیدی را برای ایمنی و عملکرد باتری تعیین کرده اند.
این مطالعه توسط تیمی از محققان دانشگاه فلیندرز در استرالیای جنوبی و دانشگاه علم فناوری ژجیانگ در چین انجام شد.
اجزای غیر سمی
باتریهای جدید با استفاده از مواد خاصی به نام رادیکالهای آلی پایدار ساخته میشوند که حاوی عنصر حیاتی 2،2،6،6-tetramethylpiperidyl-1-oxy است که به نام TEMPO نیز شناخته میشود.
آنها به جای استفاده از مواد شیمیایی مضر، از مایعات مبتنی بر آب استفاده می کنند. به گفته محققان، این الکترولیتهای مبتنی بر آب به تکامل اولین طراحی باتریهای رادیکال آلومینیومی کمک کردند که هم مقاوم در برابر آتش و هم در برابر هوا پایدار هستند.
آنها گفتند: “این عنصر یک خروجی ولتاژ پایدار 1.25 ولت و ظرفیت 110 میلی آمپر ساعت گرم در 800 سیکل با تنها 0.028٪ تلفات در هر چرخه ارائه می دهد.”
این ترکیب به باتری ها اجازه می دهد انرژی را به طور موثر ذخیره کنند و آنها را با توانایی آتش گرفتن آسان مجهز می کند. این پتانسیل آنها را برای مقرون به صرفه بودن افزایش می دهد و راهی ایمن برای ذخیره انرژی برای مصارف مختلف ارائه می دهد.
در این بیانیه آمده است که پروفسور جیا ژوآنگفا، از دانشگاه فلیندرز، امیدوار است در آینده از مواد زیست تخریب پذیر برای توسعه باتری های بسته نرم استفاده کند تا این محصول ایمن و پایدار باشد.
علاوه بر این، باتریهای ساخته شده از یونهای فلزی چند ظرفیتی بهویژه – Al3+، Zn2+، یا Mg2+، از عناصر فراوان پوسته زمین استفاده میکنند و چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتریهای لیتیوم یون معمولی (LIBs) ارائه میدهند.
چالش های باتری یون-آلمینیومی
پروفسور جیا ژوآنگفا گفت: “به ویژه، باتری یون-آلمینیومی (AIBs) توجه زیادی را به خود جلب میکنند زیرا آلومینیوم سومین عنصر فراوان (8.1 درصد) است که باعث میشود AIBها به طور بالقوه یک سیستم ذخیره انرژی پایدار و کمهزینه باشند.”
یکی از چالشهای مهمی که دانشمندان با آن روبرو هستند، حرکت آهسته مجتمعهای یونی AI3+ است که میتواند باعث کاهش کارایی کاتد باتریها شود.
محققان می گویند که پلیمرهای مزدوج آلی در حال ظهور کاتدهایی برای AIB ها هستند تا مشکل انتقال یون را برطرف کنند، اما عملکرد خروجی ولتاژ باتری آنها ضعیف است.
محققان می گویند: “این مواد رادیکال هرگز در AIB ها به دلیل عدم درک واکنش شیمیایی (الکترو) آنها در الکترولیت ها استفاده نشده اند.”