(توسط جیووانی کالسرانو) در دنیای فناوری ما ، باتری ها در همه جا وجود دارند: تلفن ، لپ تاپ ، لوازم خانگی بلکه دستگاه های قابل حمل ، اسباب بازی ها و برنامه های کاربردی صنعتی. و برای تأمین انتظارات مصرف کنندگان امروزی ، این باتری ها باید سبک تر ، قدرتمندتر و طراحی شوند تا عمر طولانی تری داشته باشند. در حال حاضر مدرن ترین فناوری در این زمینه مربوط به باتری های لیتیوم یونی است ، اما این فناوری گران است و شامل وجود مایعی قابل اشتعال است که در صورت استفاده نادرست از باتری ، می تواند خطر ایمنی ایجاد کند. برای تأمین تقاضای روزافزون از بازارهای نوظهور (به عنوان مثال اتومبیل های الکتریکی و ذخیره انرژی تجدید پذیر) ، محققان Empa (آزمایشگاه های فدرال سوئیس برای علم و فناوری مواد) و دانشگاه ژنو (UNIGE) ، یک باتری نمونه اولیه جدید را ابداع کرده اند که به عنوان "حالت کاملاً جامد" شناخته می شود: این باتری پتانسیل ذخیره انرژی بیشتر را دارد و در عین حال سطح بالایی از ایمنی و قابلیت اطمینان را حفظ می کند و مبتنی بر سدیم است ، یک گزینه اقتصادی برای لیتیوم.
برای کار کردن باتری ، باید سه جز components اصلی داشته باشد: آند (قطب منفی) ، کاتد (قطب مثبت) و الکترولیت. امروزه بیشتر باتری های مورد استفاده در تجهیزات الکترونیکی ما بر پایه یون لیتیوم است. با شارژ شدن باتری ، یون های لیتیوم از کاتد خارج می شوند و به آند می روند. برای جلوگیری از تشکیل دندریت های لیتیوم - نوعی استالاگمیت میکروسکوپی که می تواند شورت را در باتری القا کند - آند موجود در باتری های تجاری به جای لیتیوم فلزی از گرافیت ساخته شده است ، اگرچه این فلز فوق العاده سبک مقدار انرژی ذخیره شده را افزایش می دهد.
محققان Empa و UNIGE بر روی مزایای یک باتری "جامد" برای مقابله با افزایش تقاضا از بازارهای در حال ظهور و تولید باتری با عملکرد حتی بهتر تمرکز کردند: شارژ سریعتر همراه با ظرفیت ذخیره سازی بیشتر و ایمنی بیشتر. باتری آنها از یک الکترولیت جامد به جای مایع استفاده می کند که اجازه می دهد تا با استفاده از آند فلزی مانع از تشکیل دندریت ها شود ، ضمن اطمینان از ایمنی ، انرژی بیشتری ذخیره می شود.
هانس هاگمن ، استاد گروه شیمی توضیح می دهد: "اما ما هنوز مجبور بودیم یک هادی یونی جامد مناسب پیدا کنیم که علاوه بر غیر سمی بودن ، از نظر شیمیایی و حرارتی پایدار باشد و به شما اجازه می دهد سدیم به راحتی بین آند و کاتد حرکت کند." و فیزیک دانشکده علوم UNIGE. محققان دریافتند كه یك ماده با پایه بور ، كلوبوبوران ، به یون های سدیم اجازه گردش آزادانه را می دهد. همچنین ، از آنجا که کلوبوبوران رسانایی غیر آلی است ، از خطر سوختن باتری در هنگام شارژ جلوگیری می کند. این ماده ای است ، به عبارت دیگر ، با خواص امیدوار کننده بی شماری.
لئو دوچنه ، محقق ، می گوید: "ایجاد ارتباط نزدیک بین سه لایه باتری بود: آند ، متشکل از سدیم فلزی جامد ، کاتد ، اکسید کروم سدیم مخلوط و الکترولیت ، کلرو بوران". در Empa. محققان قبل از افزودن پودر اکسید کروم سدیم ، مقداری از الکترولیت باتری را در یک حلال حل کردند. پس از تبخیر حلال ، آنها کامپوزیت پودر کاتد را با الکترولیت و آند روی هم قرار دادند و لایه های مختلف را فشار داده و باتری را تشکیل دادند.
متعاقباً محققان Empa و UNIGE باتری را آزمایش کردند. Arndt Remhof ، محقق Empa و رهبر پروژه ، كه توسط بنیاد ملی سوئیس پشتیبانی می شود ، می گوید: "پایداری الكتروشیمیایی الكترولیتی كه ما در اینجا استفاده می كنیم می تواند سه ولت را تحمل كند ، در حالی كه بسیاری از الكترولیت های جامد كه قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته اند در همان ولتاژ آسیب می بینند." Science (SNSF) و مرکز تحقیقات انرژی سوئیس در مورد ذخیره سازی گرما و برق (SCCER-HaE). دانشمندان باتری را برای بیش از 250 چرخه شارژ و دشارژ آزمایش کردند و پس از آن 85٪ از ظرفیت انرژی هنوز در دسترس بود. محققان می گویند: "اما 1.200 چرخه طول می کشد تا باتری به بازار عرضه شود." "علاوه بر این ، ما هنوز هم باید رفتار باتری را در دمای اتاق تجزیه و تحلیل کنیم تا بتوانیم تأیید کنیم که دندریت ها تشکیل نشده اند یا نه ، ولتاژ را حتی بیشتر می کند. آزمایش های ما هنوز ادامه دارد. "
https://youtu.be/j1jAk3wf1Uc