ساخت باتری‌های مبتنی بر آب با ۲۰ سال عمر مفید

یک محقق آزمایشگاه فدرال علوم و فناوری مواد سوئیس (EMPA) در تلاش است تا یک باتری هیبریدی بر پایه آب و لیتیوم یونی توسعه دهد.

به نقل از InceptiveMind؛ باتری‌های بر پایه آب برای ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر در مناطق شهری بسیار مورد توجه هستند، زیرا از خاک کمیاب و مواد سمی در آنها استفاده نمی‌شود. با این حال معایبی چون چگالی انرژی بسیار کم و نرخ شارژ و دشارژ پایینی دارند که کاربرد آنها را به شدت محدود می‌کند. از این رو، دیوید رابر، محقق آزمایشگاه فدرال علوم و فناوری مواد سوئیس در تلاش است تا یک باتری هیبریدی مبتنی بر آب و لیتیوم یونی درست کند.

این باتری برخلاف باتری‌های لیتیوم یون معمولی انرژی را به جای الکترودهای جامد، درون مخازن حاوی محلول‌های الکترولیت مایع ذخیره می‌کنند. از آنجا که انرژی در خارج از سلول واقعی ذخیره می‌شود، جریان را به راحتی و با دقت مقیاس‌بندی می‌کنند. یک سلول الکتروشیمیایی بزرگ‌تر باعث شارژ و تخلیه سریع باتری می‌شود، در حالی که مخازن الکترولیت بزرگ‌تر امکان ذخیره انرژی بیشتری را فراهم می‌کند.

نکته دیگر در مورد باتری‌ها این است که برخلاف باتری‌های لیتیوم یونی معمولی چون از الکترولیت‌های مبتنی بر آب استفاده می‌کند، اساسا غیر قابل اشتعال هستند. با این وجود، این فناوری هنوز راه درازی در پیش دارد

دیوید رابرمی توضیح می‌دهد: باتری‌های جریان آب دارای چگالی انرژی حدود ۱۰ برابر کمتر از باتری‌های ساخته شده از مواد ذخیره‌سازی جامد هستند. هر چه مواد ذخیره‌سازی بیشتری را بتوان در الکترولیت حل کرد، چگالی انرژی باتری جریان بیشتر می‌شود. با این حال، غلظت‌های بالا محلول را غلیظ می‌کند و برای پمپاژ آن از طریق سلول به انرژی بسیار بیشتری نیاز دارید.

این محقق می‌خواهد ترکیبی از یک باتری جریان آبی و یک باتری لیتیوم یونی را با افزودن مواد ذخیره‌سازی جامد به مخزن باتری جریان ایجاد کند.

رابرمی‌گوید: اگر مواد محلول و مواد ذخیره جامد دقیقاً مطابقت داشته باشند، می‌توانند انرژی را بین یکدیگر انتقال دهند.

برای این کار، محقق ابتدا باید جفت‌های مناسبی از مواد را بیابد که تبادل انرژی را قادر می‌سازد و در عین حال در مدت زمان طولانی پایدار می‌ماند. در حالت ایده‌آل، یک باتری جریان ردوکس باید بتواند حدود ۲۰ سال کار کند.

یکی از ایده‌های ریبر استفاده از «کلات» به ‌عنوان ماده ذخیره‌سازی محلول است. کلات یک مولکول آلی چند بازو است که به دور یک یون فلزی می‌پیچد. بسته به اینکه مولکول آلی – لیگاند – چند بازو دارد، پتانسیل ردوکس تغییر می‌کند.

رابر معتقد است که اگر این رویکرد کارساز باشد، کاربردهای بالقوه بسیار متنوع است. برای مثال با کمک پمپ و چند لوله می‌توان در مناطق شهری حجم عظیمی انرژی ذخیره کرد.