دانشمندان ژاپنی یک باتری هوای کاملاً جامد و قابل شارژ را توسعه دادند.

اکنون، در یک مطالعه جدید که اخیراً در Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است، گروهی از محققان ژاپنی یک باتری هوای کاملاً جامد و قابل شارژ (SSAB) ساخته اند و ظرفیت و دوام آن را بررسی کرده اند. این مطالعه توسط پروفسور Kenji Miyatake از دانشگاه Waseda و دانشگاه Yamanashi رهبری شد و توسط پروفسور Kenichi Oyaizu از دانشگاه Waseda انجام شد.

در اینجا پروتون ها و یون های هیدروکسید در واکنش های ردوکس شرکت می کنند. چنین باتری هایی عملکرد بالایی دارند، نزدیک به حداکثر ظرفیتی که از نظر تئوری ممکن است. علاوه بر این، استفاده از مولکول‌های آلی فعال ردوکس در باتری‌های هوای قابل شارژ، بر مشکلات مرتبط با فلزات، از جمله تشکیل ساختارهایی به نام «دندریت‌ها» غلبه می‌کند که بر عملکرد باتری تأثیر می‌گذارد و تأثیر منفی بر محیط‌زیست دارد.

با این حال، این باتری ها از الکترولیت های مایع استفاده می کنند – درست مانند باتری های مبتنی بر فلز – که نگرانی های ایمنی عمده ای مانند مقاومت الکتریکی بالا، اثرات شستشو و اشتعال پذیری را به همراه دارند.

الکترولیت جامد

محققان یک ماده شیمیایی به نام… 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ) و پلیمر پلیمر آن (2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-methylene) (PDBM) را به عنوان مواد فعال برای الکترود منفی به دلیل واکنش های اکسیداسیون و کاهش پایدار و برگشت پذیر آنها در شرایط اسیدی. علاوه بر این… آنها از یک پلیمر رسانای پروتون به نام Nafion به عنوان الکترولیت جامد استفاده کردند و در نتیجه جایگزین الکترولیت های مایع معمولی شدند.

پس از اینکه SSAB در محل قرار گرفت، محققان به طور تجربی عملکرد شارژ-دشارژ، ویژگی های سرعت و چرخه پذیری آن را ارزیابی کردند. آنها دریافتند که برخلاف باتری های هوای معمولی که از الکترود منفی فلزی و الکترولیت مایع آلی استفاده می کنند… SSAB در حضور آب و اکسیژن خراب نمی شود. علاوه بر این، جایگزینی مولکول ردوکس فعال DHBQ با همتای پلیمری آن PDBM… الکترود منفی بهتری را تشکیل داد. در حالی که ظرفیت تخلیه هر گرم SSAB-DHBQ 29.7 میلی آمپر ساعت بود، مقدار متناظر SSAB-PDBM 176.1 میلی آمپر ساعت، در چگالی جریان ثابت 1 mAcm-2 بود.

تصاویر میکروسکوپی الکترونی

محققان همچنین دریافتند که راندمان کولمبی SSAB-PDBM با نرخ 4 درجه سانتیگراد 84 درصد بود که به تدریج با نرخ 101 درجه سانتیگراد به 66 درصد کاهش یافت. در حالی که ظرفیت تخلیه SSAB-PDBM پس از 30 چرخه به 44٪ کاهش یافت… با افزایش محتوای پلیمر رسانای پروتون در الکترود منفی، محققان توانستند آن را به طور قابل توجهی تا 78٪ افزایش دهند. تصاویر میکروسکوپی الکترونی تایید کرد که افزودن Nafion عملکرد و دوام الکترود مبتنی بر PDBM را بهبود بخشید.

این مطالعه عملکرد موفقیت‌آمیز یک باتری هوای کاملاً جامد و قابل شارژ را نشان می‌دهد… که شامل مولکول‌های آلی فعال ردوکس به عنوان الکترود منفی… یک پلیمر رسانای پروتون به‌عنوان الکترولیت جامد، و یک الکترود مثبت کاهنده اکسیژن… از نوع انتشار است. محققان امیدوارند که راه را برای پیشرفت های بیشتر هموار کند. Miyatake نتیجه‌گیری می‌کند: «این فناوری می‌تواند عمر باتری ابزارهای الکترونیکی کوچک مانند تلفن‌های هوشمند را افزایش دهد و در نهایت به تحقق جامعه‌ای بدون کربن کمک کند».

برای دیدن محصولات بیشتر میتوانید به سایت اینترنتی YASASTORE مراجعه فرمایید.