به گزارش تجارت نیوز، در جهانی که به‌سرعت به‌سوی خودروهای برقی، پهپادها، گوشی‌های هوشمند و کاوشگرهای فضایی پیش می‌رود، یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها همچنان افزایش ایمنی، کارایی و دوام باتری‌ها است. در همین راستا، تیمی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی فلوریدا در آمریکا، دستاوردی قابل‌توجه را رقم زده‌اند. آن‌ها با ترکیب یک پلیمر رایج با پلیمر باردار ویژه، گامی مهم به‌سوی ساخت باتری‌های حالت‌جامد ایمن‌تر و پرانرژی‌تر برداشته‌اند.
پشت پرده یک پیشرفت بزرگ در مواد باتری
این پروژه علمی توسط دکتر دانیل هالینان جونیور، دانشیار مهندسی شیمی و زیست‌پزشکی، و دانشجوی سابق دکترا مایکل پاتریک بلات رهبری شده است. آن‌ها از پلی‌اتیلن اکسید (PEO) استفاده کردند که به‌دلیل رسانایی یونی بالا و استحکام مکانیکی‌اش در ساخت باتری‌های لیتیوم-یون محبوب است. این ماده با پلیمر باردار سفارشی جدیدی به‌نام p5 ترکیب شد.
نتیجه این ترکیب، تغییرات چشمگیری در رفتار ترکیب مواد نشان داد. در واقع، این مطالعه برای اولین‌بار به‌طور تجربی تأیید کرد که حتی مقادیر اندک بار الکتریکی می‌تواند تأثیری عمیق بر ساختار و ترکیب نهایی پلیمرها داشته باشد. به گفته تیم تحقیقاتی، این یافته‌ها می‌تواند مسیر طراحی نسل جدیدی از الکترولیت‌ها و غشاهای باتری را دگرگون کند.
از جداسازی فازی تا ترکیب پایدار: جزئیات علمی آزمایش
پژوهشگران مخلوط‌هایی با نسبت‌های متفاوت PEO و p5 را آزمایش کردند. آن‌ها دریافتند زمانی که درصد p5 بسیار کم باشد، مخلوط به‌جای ترکیب یکنواخت، به دو لایه جداگانه تقسیم می‌شود. اما با افزایش غلظت p5، مواد به‌صورت یکنواخت در هم حل شده و یک ساختار پایدار پلیمری را تشکیل می‌دهند.
این مشاهدات با مدل‌های تئوریک پیشین هم‌راستا بود و به پژوهشگران امکان داد تا معادلات جدیدی برای پیش‌بینی رفتار ترکیبات پلیمری در دماهای مختلف توسعه دهند. این مدل‌ها، نقطه ذوب، نقطه انتقال فاز و سایر مشخصه‌های حرارتی را برای طراحی مؤثرتر باتری‌ها روشن می‌سازد.
بلات توضیح داد: «ما اکنون می‌توانیم ترکیبات پلیمری نامناسب را پیش از آنکه به مرحله آزمایش یا سنتز برسند، حذف کنیم و این یعنی صرفه‌جویی در زمان، انرژی و هزینه.»
باتری‌های حالت‌جامد؛ آینده ذخیره‌سازی انرژی
این تحقیق به‌ویژه برای توسعه باتری‌های لیتیوم-فلزی حالت‌جامد، که جایگزین باتری‌های لیتیوم-یون مایع امروزی می‌شوند، اهمیت ویژه دارد. در این نوع باتری‌ها، به‌جای استفاده از مایعات قابل اشتعال، از الکترولیت‌های جامد استفاده می‌شود که خطر آتش‌سوزی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.
هالینان در یک مقایسه جالب گفت: «عبور از باتری‌های سنتی به باتری‌های حالت‌جامد، مانند جایگزینی فانوس نفتی با یک شمع است؛ ساده‌تر، امن‌تر و قابل‌اعتمادتر.»
این تیم در تلاش است تا با بهره‌گیری از چسب‌های پلیمری رسانا، غشاهای نازک و انعطاف‌پذیر برای باتری‌های حالت‌جامد تولید کند که یون‌ها بتوانند آزادانه درون آن‌ها حرکت کنند؛ ویژگی‌ای که باعث کارایی بیشتر و عمر طولانی‌تر باتری خواهد شد.
فناوری پشت صحنه فناوری‌های فردا
از خودروهای برقی و گوشی‌های هوشمند گرفته تا پهپادها و کاوشگرهای فضایی، همگی نیازمند باتری‌هایی ایمن‌تر، سبک‌تر، بادوام‌تر و با ظرفیت بیشتر هستند. این تحقیق با تأکید بر نقش پلیمرهای نوین، نوید بخش آینده‌ای است که در آن باتری‌ها نه‌تنها کارایی بهتری دارند، بلکه نگرانی‌های ایمنی نیز کاهش یافته‌اند.
جالب است بدانید که بیش از ۲۵۰ میلیون دستگاه الکترونیکی در سال تنها در آمریکا به باتری‌های قابل شارژ نیاز دارند. در حالی که بازار جهانی باتری لیتیوم-یون در سال ۲۰۲۳ ارزشی بالغ بر ۷۰ میلیارد دلار داشته، انتظار می‌رود این رقم تا ۲۰۳۰ به بیش از ۱۸۰ میلیارد دلار برسد. این یعنی هر نوآوری کوچک، اثری عظیم خواهد داشت.
مطالعه جدید محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا تنها یک دستاورد علمی نیست؛ نقطه عطفی در مسیر توسعه باتری‌های ایمن‌تر، انعطاف‌پذیرتر و پایدارتر برای دنیای هوشمند آینده است. ترکیب هوشمندانه‌ی پلیمرهای رایج با پلیمرهای باردار، در کنار بهره‌گیری از مدل‌های پیش‌بینی دقیق، می‌تواند سرعت توسعه نسل آینده باتری‌ها را به‌شدت افزایش دهد.
با پیشرفت‌هایی از این دست، می‌توان امیدوار بود که ذخیره‌سازی انرژی در آینده، دیگر یک چالش نباشد، بلکه بستری برای نوآوری و رشد هوشمندانه در تمامی صنایع باشد.
