مواد و ساخت پیشرفته

محققان برنامه علوم و مهندسی مواد در دانشکده کوکرل و موسسه مواد دانشگاه تگزاس در شهر آستین یک باتری سدیمی ساخته‌اند که از مواد ارزان و فراوان به عنوان اجزای سازنده آن استفاده می‌کند و خطر آتش‌سوزی این فناوری را به شدت کاهش می‌دهد.

آتش گرفتن باتری غیرمعمول است با این حال، با استفاده هر چه بیشتر از باتری‌های، چنین اتفاقاتی نیز در حال افزایش است. یک رقیق کننده جامد جزء کلیدی این نوآوری باتری سدیم است که به تازگی در نیچر انرژی منتشر شده است. برای تسهیل چرخه شارژ-تخلیه، محققان از یک رقیق کننده جامد در الکترولیت استفاده کردند که بر پایه نمک بود. آنها باتری را به طور کلی با استفاده از یک حلال غیرقابل اشتعال در الکترولیت، به لطف نوع خاصی از نمک به نام نیترات سدیم، تثبیت کردند.

الکترولیت، ماده‌ای است که یون‌های حامل بار را بین دو الکترود باتری جابه‌جا می‌کند و از حلال‌های مایع زیادی تشکیل شده است که وقتی با مواد دیگر ترکیب می‌شوند در نهایت باتری‌ها را خراب می‌کنند و خطرات ایمنی ایجاد می‌‌نمایند. یکی از اجزای اصلی این باتری جدید، سدیم است که جایگزینی بسیار واکنش‌پذیر برای لیتیوم محسوب می‌شود. همین مسئله یک مانع بزرگ برای استفاده گسترده از این نوع باتری‌ها است.

این باتری به دلیل همین فرآیندها می‌تواند از نظر الکتریکی اتصال کوتاه پیدا کند و حتی ممکن است به دلیل ایجاد رشته‌های سوزنی مانند به نام دندریت، شعله‌ور شود یا منفجر گردد! اما این باتری جدید مبتنی بر سدیم از باتری‌های لیتیوم یونی که لپ‌تاپ‌ها، خودروهای الکتریکی، تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌ها را تغذیه می‌کنند، ایمن‌تر است. همچنین هزینه کمتری دارد. البته عملکرد بسیار خوبی نیز دارد.

عموما با گذشت زمان، ظرفیت باتری برای نگه داشتن یک بار شارژ کاهش می‌یابد ولی باتری سدیم جدید پس از 500 چرخه همچنان 80 درصد از ظرفیت خود را حفظ کرده است که عملکردی مشابه با باتری‌های لیتیوم یونی موجود در گوشی‌های هوشمند را نشان می‌دهد. توسعه جایگزین‌هایی برای باتری‌های غیرلیتیومی که نه تنها همتراز باتری‌های لیتیومی هستند بلکه بهتر نیز باشند یک فناوری حیاتی است. هر چند این فناوری روی باتری سدیمی استفاده شد اما محققان ادعا کردند که می‌توان از آن بر روی سلول‌های لیتیوم یونی نیز استفاده کرد، البته با استفاده از مواد مختلف.

اثرات زیست محیطی استخراج لیتیوم، که شامل مصرف بیش از حد آب زیرزمینی، آلودگی خاک و آب و انتشار کربن است، علاوه بر هزینه‌بر بودن، مورد انتقاد قرار گرفته است. در مقابل، سدیم با توجه به اینکه در اقیانوس یافت می‌شود مقرون به صرفه تر، در دسترس‌تر و برای محیط‌زیست بهتر است. ماده دیگری که معمولاً در باتری‌های لیتیوم یون استفاده می‌شود کبالت است که استخراج آن هم به محیط زیست و هم به سلامت انسان آسیب می‌رساند و البته گران نیز هست و عمدتاً از جمهوری دموکراتیک کنگو در آفریقا استخراج می‌شود،

در سال 2020 یک نمونه مفهومی از یک باتری لیتیومی بدون کبالت رونمایی شد ولی این باتری جدید علاوه بر اینکه لیتیوم ندارد، فاقد کبالت نیز هست. بقیه اجزای آن شامل 30 درصد منگنز، 30 درصد نیکل و 40 درصد آهن است.

منبع