باتری آلومینیوم یونی جدید دانشگاه استنفورد

این اولین باری نیست که دانشمندان از اورین (ادرار) به عنوان سوخت باتری‌ها استفاده کرده‌اند. درگذشته نیز شاهد ابداعات مشابهی از سوی محققان دانشگاه باث (University of Bath) با تولید سلول سوختی میکروبی (که ادرار انسان قدرت‌بخش آن بود) و وست انگلند (West England) با تولید نمونه اولیه از دستگاهی که مستقیما اورین را به الکتریسیته تبدیل می‌کرد، بوده‌ایم.

اما باتری آلومینیوم یونی جدید دانشگاه استنفورد به منظور ذخیره شبکه‌ای الکتریسیته از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر همچون باد و نور خورشید طراحی شده است. به‌علاوه می‌توان آن را نسخه‌ای جدید از اولین باتری‌های آلومینیوم یونی این دانشگاه که در سال ۲۰۱۵ توسط پروفسور هونگجی دای (Hongjie Dai) و تیمش معرفی شده بود، در نظر گرفت. بخش اصلی الکترولیت این باتری از ترکیبی شیمیایی به نام “EMIC” یا «۱ اتیل ۳ متیل ایمیدازولیوم کلرید» ساخته شده بود که در اثر ترکیب آن با آلومینیوم کلرید، نمک مایع یا مایع یونی ایجاد می‌شد.

نمونه اولیه این باتری‌ها در سال ۲۰۱۵

اما هزینه بالای EMIC باعث شد تا سازندگان به دنبال جایگزینی مناسب برای آن باشند. باتری جدیدی که حالا توسط محققان دانشگاه استنفورد توسعه داده شده، تقریبا ساختاری مشابه دارد با این تفاوت که به جای EMIC، از اورین در ساختار الکترولیت استفاده می‌شود. جالب است بدانید که اورین ۱۰۰ برابر ارزان‌تر از EMIC بوده و پیش از این هم به عنوان ماده اصلی در کودها به صورت اقتصادی تولید شده بود. پروفسور دای در این مورد می‌گوید:

باتری جدیدی که موفق به تولید آن شده‌ایم، از ارزان‌ترین و فراوان‌ترین مواد روزی زمین ساخته شده و عملکرد واقعا خوبی نیز دارد.

هرچند، ظرفیت این باتری آلومینیوم یونی جدید چیزی در حدود نصف باتری‌های لیتیوم یونی‌ست، اما نرخ شارژ یا خالی شدن انرژی آن بالاتر بوده و در عرض ۴۵ دقیقه شارژ می‌شوند. به‌علاوه این باتری‌ها غیر قابل اشتعال بوده و قیمت بسیار پایین‌تری هم دارند.

مایکل آنجل (Michael Angell) یکی از نامزدهای پروفسورای شیمی در دانشگاه استنفورد و نویسنده مقاله‌ای در رابطه با این باتری، چنین می‌گوید:

برای تولید باتری‌ها در مقیاس بالا و ذخیره‌سازی شبکه‌ای، اوره یکی از مواد بسیار خوب و ارزان قیمت است. بازده کولمبیک (Coulombic Efficiency) باتری با ۹۹.۷ درصد بسیار بالاست که درنتیجه آن می‌توانیم شاهد طول عمر بالای این باتری‌ها باشیم.

بازده کولمبیک بیانگر میزانی از انرژی است که از طی فرآیند شارژ از باتری دریافت می‌شود. حال هر چه میزان بازده بالاتر باشد، طول عمر باتری از نظر شیمیایی افزایش پیدا خواهد کرد.

ویژگی اصلی باتری آلومینیوم یونی دانشگاه استنفورد، هزینه تولید بسیار پایین آن است

در حالت اقتصادی، طول عمر یک باتری ذخیره‌سازی شبکه‌ای حداقل باید ۱۰ سال باشد. این باتری‌های جدید در شرایط آزمایشگاهی بیش از ۱۵۰۰ مرتبه شارژ شده و محققان تلاش دارند تا به کمک فرآیندهای شیمیایی مختلف، این میزان را افزایش دهند. در حال حاضر، جذاب‌ترین بخش از تحقیق دانشگاه استنفورد هزینه پایین این باتری‌ها است.

به‌گفته مایکل آنجل، اگر باتری‌ها در مقادیر بالا و کافی تولید شوند، هزینه استفاده از EMIC چیزی در حدود ۵۰ دلار به ازای هر کیلو است که با استفاده از اورین، این میزان به ۵۰ سنت در هر کیلو کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه، تفاوت قیمت در تولید الکترولیت (به عنوان گران‌ترین بخش از یک باتری) بسیار بالاست. همچنین هزینه استفاده از آلومینیوم کلرید در ساختار الکترولیت‌ها نسبت به EMIC در مقیاس بالا هم بسیار پایین خواهد بود.

آلومینیوم و گرافیت به عنوان مواد اصلی در الکترودها نیز قیمت خیلی کمی داشته و حتی می‌توان از هزینه کلی آنها در تولید باتری‌ها چشم‌پوشی کرد؛ جزئیات بیشتر مربوط به این دستاورد جدید در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.