مواد و ساخت پیشرفته

پژوهشگران ماده جدیدی را بر اساس سیلیکات‌های سنگی کشف کرده‌اند که می‌تواند در آینده جایگزین لیتیوم در باتری‌های خودروهای الکتریکی شود. این ماده می‌تواند به توسعه انواع جدیدی از دستگاه‌های ذخیره انرژی کمک کند که می‌توانند مقرون به صرفه‌تر و غیر حساس به رطوبت باشند. به گفته محققان، این سیلیکات‌های سنگی را می‌توان در سنگ‌های معمولی که در همه جا یافت می‌شوند، پیدا کرد. 

محمد خوش‌کلام پژوهشگر دانشگاه فنی دانمارک دریافت که مواد مبتنی بر سیلیکات‌های سنگی می‌توانند برای یک الکترولیت حالت جامد مناسب باشند. سیلیکات‌های پتاسیم و سدیم اجزای تشکیل دهنده سیلیکات‌های سنگی و از فراوان‌ترین مواد معدنی روی زمین هستند. به گفته او این ماده در دماهای گرم می‌تواند یون‌ها را هدایت کند و به رطوبت نیز حساس نیست. پتانسیل سیلیکات پتاسیم به عنوان یک الکترولیت حالت جامد از دیرباز شناخته شده بود، اما به نظر من به دلیل چالش‌هایی که با وزن و اندازه یون‌های پتاسیم وجود دارد، نادیده گرفته شده است. چرا که این یون‌ها بزرگ هستند و بنابراین کندتر حرکت می‌کنند. این سیلیکات‌های سنگی را می‌توان در سنگ‌های معمولی که در سواحل‌ یا باغ‌ها می‌بینیم، پیدا کرد.

مزیت قابل توجه این ماده جدید عدم حساسیت آن به هوا و رطوبت است. این ویژگی اجازه می‌دهد تا آن را در یک لایه نازک کاغذ در باتری قالب‌گیری کنیم. این ماده ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست از سیلیکات قابل استخراج است و این پتانسیل را دارد که در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد. اما یون‌های موجود در الکترولیت‌های مایع مبتنی بر لیتیوم یا الکترولیت‌های حالت جامد در مقایسه با یون‌های موجود در سیلیکات‌های سنگی سریع‌تر حرکت می‌کنند. این به این دلیل است که سیلیکات‌های سنگی بزرگتر و سنگین‌تر هستند.

با این حال، این دانشمند ایرانی راهی را کشف کرد که یون‌ها را قادر می‌سازد در سیلیکات‌های سنگی سریع‌تر از الکترولیت‌های مبتنی بر لیتیوم حرکت کنند. وی گفت: اولین سنجش با یک جزء باتری نشان داد که این ماده به عنوان یک الکترولیت حالت جامد رسانایی بسیار خوبی دارد. من نمی‌توانم نحوه توسعه مواد را فاش کنم، زیرا دستور و روش آن اکنون ثبت اختراع شده است.

در حقیقت او یک الکترولیت حالت جامد که ماده‌ای نازک به اندازه کاغذ است که بین آند و کاتد یک سلول باتری قرار می‌گیرد، ایجاد کرد. این امر با ساخت پودری بر پایه سیلیکات پتاسیم و ترکیب آن با یک چسب و حلال به دست آمد. پس از آن، محلول مایع در یک غلتک ریخته می‌شود که مواد را در یک لایه نازک پخش می‌کند. 

این ماده به صورت نوارهای نازک سفید قالب‌گیری می‌شود و در یک خوشه نواری با ظرفیت تولید تا ۱۰ متر مواد نواری در هر بار خشک می‌شود. سپس الکترولیت حالت جامد به یک جعبه منتقل می‌شود، جایی که به همراه آند و کاتد در یک سلول باتری حالت جامد مونتاژ می‌شود. هنوز راه درازی در پیش است، زیرا باتری‌های حالت جامد مبتنی بر سیلیکات‌های پتاسیم و سدیم سطح آمادگی فناوری پایینی دارند.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که ممکن است حداقل ۱۰ سال طول بکشد تا این باتری‌ها در خودروهای الکتریکی ادغام شوند. ادعا می‌شود که این یک فناوری پرخطر است که در آن شانس موفقیت تجاری کم و چالش‌های فنی بسیار زیاد است.

خوش‌کلام در پایان گفت: ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم ماده‌ای برای یک الکترولیت حالت جامد پیدا کنیم که ارزان، کارآمد، سازگار با محیط زیست و مقیاس‌پذیر باشد و حتی بهتر از الکترولیت‌های مبتنی بر لیتیوم حالت جامد عمل کند.

منبع