به گزارش ایسنا، گروهی از دانشمندان با ساخت ترکیبی از گرافن و اکسید منگنز، نوعی باتری آبی ساخته‌اند که بیشتر از باتری‌های معمولی دوام دارد. این باتری که از فلز روی استفاده می‌کند، هم ارزان‌تر است و هم ایمن‌تر از باتری‌های لیتیومی. به‌گفته‌ی پژوهشگران، این فناوری می‌تواند در آینده برای ذخیره‌ی برق در مقیاس‌های بزرگ به‌کار گرفته شود.
دانشمندان استرالیایی و بریتانیایی موفق شدند با طراحی یک ابرلایه‌ی (سوپرلایه‌ی) دوبعدی از اکسید منگنز و گرافن، عمر باتری‌های آبی روی-یونی را به‌طور چشمگیری افزایش دهند. این دستاورد که با استفاده از پدیده‌ی کوپراتیو یان-تلر حاصل شده، راه را برای توسعه‌ی باتری‌های ایمن، ارزان و بادوام به‌عنوان جایگزینی پایدار برای باتری‌های لیتیومی هموار می‌سازد.
گروهی از پژوهشگران از دانشگاه فناوری سیدنی (University of Technology Sydney)، دانشگاه منچستر (University of Manchester)، سنکروترون استرالیا، دانشگاه فناوری سوینبرن (Swinburne University of Technology) و دانشگاه ملی استرالیا (Australian National University) با همکاری یکدیگر موفق به طراحی ساختاری نوآورانه در باتری‌های آبی مبتنی بر یون روی شدند؛ ساختاری که می‌تواند پایداری الکترودی این باتری‌ها را در بیش از ۵۰۰۰ چرخه‌ی شارژ و دشارژ حفظ کند.
در قلب این فناوری، مفهومی به‌نام «اثر مشترک یان-تلر» (Cooperative Jahn-Teller Effect) قرار دارد؛ پدیده‌ای که در آن یون‌های فلزی خاص، نظیر منگنز، منجر به تغییرات ساختاری در شبکه‌های بلوری می‌شوند. این پژوهشگران با بهره‌گیری از این اثر، موفق به خلق ابرلایه‌ای دوبعدی از گرافن و اکسید منگنز شدند که تنش ساختاری حاصل از ورود و خروج یون‌ها را در کاتد باتری کنترل کرده و از تخریب آن جلوگیری می‌کند.
به گفته نویسندگان مقاله، این ساختار توانسته ظرفیت ۱۶۵ میلی‌آمپر ساعت بر گرم را در نرخ دشارژ ۵C حفظ کند که حدود ۵۰ درصد عملکردی بهتر از باتری‌های رایج روی-یونی به‌شمار می‌رود.
استاد «گووشیو وانگ» (Guoxiu Wang)، سرپرست تیم پژوهشی از دانشگاه فناوری سیدنی، دراین‌باره گفت: «رویکرد ما مسیری عملی برای توسعه‌ی فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر آب، ایمن و مقیاس‌پذیر فراهم می‌آورد. این پژوهش نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از ساختارهای دوبعدی در کاربردهای صنعتی واقعی بهره گرفت و آن‌ها را از مرزهای آزمایشگاهی به بازار رساند.»
باتری‌های روی-یونی به‌دلیل استفاده از مواد ارزان‌قیمت، ایمنی بالا و عدم اشتعال‌پذیری، یکی از جایگزین‌های جذاب برای باتری‌های لیتیومی در کاربردهای ذخیره‌سازی ایستا (مانند پشتیبانی از شبکه‌ی برق) محسوب می‌شوند. بااین‌حال، طول عمر محدود این باتری‌ها یکی از موانع اصلی در مسیر تجاری‌سازی آن‌ها بوده است.
پروفسور «راهول نایر» (Rahul Nair) از دانشگاه منچستر و نویسنده‌ی همکار این مقاله، اظهار داشت: ما در این پژوهش نشان داده‌ایم که کنترل شیمیایی در مقیاس اتمی می‌تواند بر محدودیت‌های عملکردی غلبه کند. با بهره‌گیری از اثر مشترک یان-تلر، موفق شدیم ویژگی‌های مغناطیسی، مکانیکی و نوری این مواد را به‌گونه‌ای مهندسی کنیم که پیش‌تر امکان‌پذیر نبود.
از دیگر نکات مهم این پژوهش آن است که فرآیند ساخت این ابرلایه‌ی نوین، در مقیاس صنعتی و با استفاده از روش‌های محلول‌پایه‌ی آبی و بدون نیاز به حلال‌های سمی یا دمای بالا قابل انجام است؛ مزیتی که می‌تواند مسیر تجاری‌سازی این فناوری را هموارتر کند. این پژوهش، نمونه‌ای درخشان از قدرت فناوری مواد دوبعدی در دگرگون‌سازی سامانه‌های ذخیره‌ی انرژی به‌شمار می‌رود و افق‌های تازه‌ای را در زمینه‌ی مهندسی تنش در مواد برای بهبود عملکرد الکترودها در باتری‌های آینده می‌گشاید.
- 10
- 5
