به گزارش تجارت نیوز، در سال‌های اخیر، خودروهای برقی، انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی با رشد چشمگیری روبه‌رو بوده‌اند. اما یکی از چالش‌های اصلی همچنان باقی مانده است: افزایش چگالی انرژی باتری‌ها در کنار حفظ ایمنی و دوام. اکنون پژوهشگران آمریکایی با دستیابی به یک نقطه عطف علمی، به ساخت نوعی باتری لیتیوم-هوا دست یافته‌اند که می‌تواند تمام معادلات انرژی را تغییر دهد.
گامی بلند به‌سوی آینده‌ای پرانرژی و ایمن
پژوهشگران مؤسسه فناوری ایلینوی (IIT) و آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne) در ایالات متحده موفق شده‌اند نمونه‌ای از باتری لیتیوم-هوا تولید کنند که نه‌تنها در دمای اتاق عملکرد مؤثری دارد، بلکه از نظر چگالی انرژی نیز با بنزین رقابت می‌کند.
این باتری، به‌طور بالقوه، می‌تواند ۴ برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم-یون فعلی انرژی ذخیره کند. اگر تجاری‌سازی شود، تحول بزرگی در صنایع خودروسازی، حمل‌ونقل، ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر و حتی صنایع فضایی رخ خواهد داد.
شکستن یک مانع بنیادی: واکنش چهار الکترونی
در گذشته، باتری‌های لیتیوم-هوا تنها قادر به اجرای واکنش‌هایی با یک یا دو الکترون بودند که این محدودیت، مقدار انرژی ذخیره‌شده را کاهش می‌داد. اما در فناوری جدید، دانشمندان موفق شده‌اند واکنش شیمیایی چهار الکترونی را در دمای اتاق اجرا کنند.
این واکنش، به تشکیل و تجزیه اکسید لیتیوم (Li₂O) منجر می‌شود که نسبت به ترکیبات قبلی مانند لیتیوم پراکسید (Li₂O₂) یا لیتیوم سوپراکسید (LiO₂)، انرژی بسیار بیشتری ذخیره می‌کند.
قلب فناوری: الکترولیت حالت جامد و کاتالیزور قدرتمند
یکی از نوآوری‌های کلیدی این پروژه، استفاده از الکترولیت حالت جامد با ساختار پلیمری-سرامیکی حاوی نانوذرات غنی از لیتیوم است. این نوع الکترولیت نه‌تنها از آتش‌سوزی یا نشت جلوگیری می‌کند (بر خلاف الکترولیت‌های مایع)، بلکه واکنش‌های شیمیایی پیچیده را در باتری تثبیت می‌کند.
در کنار آن، یک کاتالیزور خاص به نام تری‌مولیبدن فسفید (Mo₃P) نیز در این باتری نقش حیاتی ایفا می‌کند و واکنش انتقال چهار الکترونی را تسهیل می‌نماید. این کاتالیزور، تضمین می‌کند که باتری بتواند بیش از ۱۰۰۰ چرخه شارژ و تخلیه را بدون افت قابل‌توجه عملکرد تحمل کند.
آمارها و پتانسیل‌های کاربردی
- چگالی انرژی: ۱۲۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم (در مقایسه با ۲۵۰-۳۰۰ وات‌ساعت در باتری‌های لیتیوم-یون رایج)
- توان تحمل بیش از ۱۰۰۰ چرخه شارژ در دمای اتاق
- پایداری حرارتی و عدم اشتعال‌پذیری در الکترولیت حالت جامد
- استفاده از تکنولوژی تصویربرداری میکروسکوپی برودتی برای تأیید موفقیت ساختار مولکولی
این ویژگی‌ها به باتری جدید این امکان را می‌دهد تا وزن خودروهای برقی را کاهش داده و مسافت قابل پیمایش آنها را به طرز چشمگیری افزایش دهد. همچنین برای ذخیره‌سازی انرژی در نیروگاه‌های خورشیدی و بادی نیز کاربرد بالقوه‌ای دارد.
دنیای انرژی در آستانه تحولی بی‌سابقه
به نقل از IE، فناوری جدید باتری لیتیوم-هوا، نه‌تنها یک دستاورد علمی است، بلکه نمایانگر جهشی انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی پاک و پایدار است. این دستاورد می‌تواند کل صنعت انرژی و حمل‌ونقل را دگرگون کند و راه را برای آینده‌ای کم‌کربن، ایمن و قدرتمند هموار سازد.
با پشتیبانی مالی دولت ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و نهادهایی چون بنیاد کِک، این پروژه اکنون در مسیر توسعه قرار دارد. اگر زیرساخت‌های تولید در مقیاس صنعتی فراهم شود، به‌زودی شاهد ورود این باتری‌ها به بازار خودروهای برقی و دیگر تجهیزات الکترونیکی خواهیم بود.
