عصر ایران - پژوهشگران دانشگاه تگزاس ای اند ام (Texas A&M) در آمریکا کار روی ساخت باتری های مبتنی بر آب و فاقد فلز را دنبال می کنند که می تواند در آینده به جای باتری های یون لیتیوم رایج امروزی برای طیف گسترده ای از کابردها استفاده شوند.
با توجه به تعهد کشورهای مختلف در جهان به کاهش انتشار کربن خود، باتری های یون لیتیوم هسته اصلی روند الکتریکی کردن بخش حمل و نقل را شکل می دهند. در شرایطی که آمریکا برنامه های بلندپروازانه ای برای حرکت به سمت این روش حمل و نقل پاک‌تر دارد، اما از کاستی های خود در این زمینه نیز به خوبی آگاه است.
آمریکا برای تامین اجزا کلیدی باتری های یون لیتیوم مانند لیتیوم و کبالت تا حد زیادی به واردات وابسته است و در صورت بروز و تشدید تنش های ژئوپلیتیکی، کل بخش در معرض خطر جدی قرار می گیرد. پژوهشگران دانشگاه تگزاس ای اند ام یکی از گروه هایی هستند که با پشتیبانی وزارت انرژی و بنیاد ملی علوم آمریکا به دنبال جایگزین هایی برای باتری های یون لیتیوم هستند.
جودی لوتکنهاوس و دنیل تابور، استاد و استادیار مهندسی شیمی در دانشگاه تگزاس ای اند ام، چند سالی است که روی باتری های مبتنی بر آب پژوهش می کنند. به گفته آنها، باتری های مبتنی بر آب و فاقد فلز مانند باتری های معمولی از یک کاتد، آند و یک الکترولیت تشکیل شده اند.
اما تفاوت این است که الکترودها به جای فلز از جنس پلیمر هستند و الکترولیت مورد استفاده نیز ترکیبی از آب و نمک های آلی است. در این تنظیمات، باتری آتش نمی گیرد و الکترولیت مبتنی بر آب عامل کلیدی هدایت یون ها و ذخیره انرژی است. طی تعاملات خود با الکترودها، آنها می توانند متورم شوند که به از دست رفتن عملکرد منجر می شود.
پژوهشگران دریافته اند که پلیمرهای رادیکال غیر کونژوگه ردوکس (اکسایش کاهش) فعال، مواد ایده آل برای ساخت این الکترودها هستند زیرا دارای ولتاژ تخلیه بالایی هستند. با توجه به ماده مورد استفاده، تفاوت در ظرفیت ذخیره انرژی می تواند تا 1000 درصد باشد.
گروه پژوهشی دانشگاه تگزاس ای اند ام برای یافته های خود بر شبیه سازی و آنالیز محاسباتی متکی بوده و بینش هایی درباره ساختارها و پویایی شناسی در مقیاس مولکولی میکروسکوپی کسب کرده اند.
در برخی از آزمایش های انجام شده، پژوهشگران همچنین توانستند در مقایس ماکروسکوپی این که آیا کاتد در پیوند با نمک های خاص در الکترولیت بهتر عمل می کند یا خیر را با اندازه گیری غلظت های نمک و آب بررسی کنند.
پژوهشگران قصد دارند در آینده شبیه سازی های بیشتری را برای درک بهتر تئوری پشت طرز کار این باتری انجام دهند که سپس می توان از آن برای طراحی مواد بهتر برای ساخت آنها استفاده کرد.
این پژوهش در نشریه Nature Materials منتشر شده است.