محققان اولین باتری یون-آلومینیوم غیرسمی جهان را ساختند

به گزارش می‌متالز، امروزه باتری‌ها به بخشی ضروری از زندگی روزمره ما تبدیل شده‌اند و کارکرد همه چیز از تلفن همراه و ساعت‌های هوشمند گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی وابسته به آن‌هاست. با این حال، بیشتر باتری‌ها حاوی مواد خطرناک، سمی و خورنده هستند که در صورت دور ریختن در محل‌های دفن زباله یا بیرون ریختن در مکان‌های دیگر می‌توانند محیط زندگی انسان را آلوده کنند.

اغلب باتری‌ها دارای موادی مانند سرب، کادمیوم و جیوه هستند که می‌توانند انسان‌ها و حیوانات را مسموم کنند، باعث آلودگی خاک و آب شوند و برای مدت طولانی در محیط باقی بمانند.

تیمی از محققان دانشگاه فلیندرز در استرالیای جنوبی و دانشگاه علم و فناوری ژجیانگ در چین تحقیقات فراوانی را برای تولید اولین باتری غیرسمی انجام داده‌اند. تحقیقاتی که در نتیجه آن مرحله اول توسعه باتری جدید و از نوع آلومینیوم-یون غیرسمی به پایان رسید. باتری‌های یون آلومینیومی قابل شارژ (AIBs) اخیراً به دلیل ظرفیت حجمی نظری بالا و ایمنی خوب، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند و این باتری‌ها به سبب این ویژگی‌ها، به طور بالقوه به یک سیستم ذخیره انرژی پایدار و کم‌هزینه تبدیل شده‌اند.

سیستم باتری از کاتد، آند و الکترولیت تشکیل می‌شود که جزء اول بایستی یون‌های فلزی و مثبت تولید کند و جزء سوم نیز باید به نحوی باشد که حرکت یون‌ها در آن به راحتی انجام شود. به همین دلیل، یکی از چالش‌های اصلی برای دانشمندان AIB‌ها، حرکت آهسته کمپلکس‌های یونی Al+۳ است که منجر به AIB‌هایی با راندمان کاتدی پایین می‌شود.

یم راه‌حل برای این مشکل، استفاده از نوعی پلیمر‌های مزدوج آلی است. این پلیمر‌ها کاندید‌های امیدوارکننده‌ای برای مواد کاتدی برای AIB‌ها برای رسیدگی به مسئله انتقال یون در نظر گرفته می‌شوند، اما هنوز عملکرد خروجی ولتاژ باتری ساخت آن‌ها ضعیف است و به همین دلیل دانشمندان به دنبال راه‌حل‌های بهتری هستند.

البته رادیکال‌های پایدار دسته‌ای از مولکول‌های آلی الکترواکتیو هستند که به طور گسترده در سیستم‌های مختلف باتری آلی استفاده می‌شوند. این مواد چندین مزیت مانند پایداری بالاتر در تولید، قابلیت تنظیم ویژگی‌های الکتروشیمیایی و بسیاری از امکانات و خواص ساختاری مناسب را ارائه می‌دهند.

پیش از این محققان مواد رادیکالی برای باتری‌های لیتیوم یون هیبریدی آلی (LIBs)، باتری‌های یون سدیم و باتری‌های تمام آلی تولید کرده بودند. اما این مواد به دلیل مشکل واکنش شیمیایی در الکترولیت‌ها، در باتری‌های یونی آلومینیومی قابل شارژ در حال ظهور استفاده نشده‌اند.

باتری‌های آلومینیومی جدید با استفاده از مواد خاصی به نام رادیکال‌های آلی پایدار ساخته می‌شوند که حاوی جزء حیاتی ۲، ۲، ۶، ۶-tetramethylpiperidyl-۱-oxy (TEMPO) هستند. این باتری‌ها به جای استفاده از مواد شیمیایی مضر، از الکترولیت آبی با غلظت بالای اسید استفاده می‌کنند.

استفاده از این الکترولیت‌های مبتنی بر آب به محققان کمک کرده است تا اولین طرح AIB‌های آبی-پلیمری را توسعه دهند که ضد حریق و پایدار در برابر هوا هستند. همچنین ولتاژ خروجی پایدار ۱.۲۵ ولت و ظرفیت ۱۱۰ میلی‌آمپر ساعت-گرم در ۸۰۰ سیکل را ارائه می‌کنند.

محققان امیدوارند در آینده از مواد زیست‌تخریب‌پذیر برای توسعه باتری‌ها استفاده کنند تا محصول ساخته شده ایمن و پایدار باشد. در نتیجه، این کار تحقیقاتی مسیر استفاده از مواد آلی الکترواکتیو را برای AIB‌های مقرون به صرفه و ایمن که در حال حاضر به مولکول‌های آلی مزدوج متکی هستند، نشان می‌دهد.

نتایج تحقیقات در مقاله زیر منتشر شده است:

Shangxu Jiang, Yihui Xie, Yuan Xie, Li-Juan Yu, Xiaoqing Yan, Fu-Gang Zhao, Chanaka J. Mudugamuwa, Michelle L. Coote, Zhongfan Jia, and Kai Zhang. Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminum Radical Batteries. American Chemical Society, ۲۰۲۳; DOI: ۱۰.۱۰۲۱/jacs.۳c۰۴۲۰۳

منبع: خبرگزاری فارس