معرفی باتری آبی با عملکرد پایدار در دماهای سخت
پژوهشگران دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ و دانشگاه شنژن موفق به طراحی نسل تازه‌ای از باتری‌های یون‌روی آبی شدند که با بهره‌گیری از کاتدی نوآورانه، عملکردی پایدار و قدرتمند در شرایط دمایی بسیار سرد و گرم ارائه می‌دهد. این دستاورد که در مجله Nano-Micro Letters منتشر شده، می‌تواند مسیر تولید انبوه و مقرون‌به‌صرفه باتری‌های مقاوم در برابر شرایط محیطی سخت را هموار کند.
کاتد جدید با ساختار هم‌درج‌شده
در این پژوهش، دانشمندان از ترکیب یون پتاسیم (K⁺) و ماده گرافیتی کربن نیترید (C₃N₄) در ساختار NH₄V₄O₁₀ استفاده کردند که با نام KNVO-C₃N₄ شناخته می‌شود. این کاتد با روش‌های ساده و کم‌هزینه هیدروترمال و هم‌زدن مکانیکی ساخته شده و قابلیت تولید در مقیاس صنعتی را دارد. اثر هم‌افزایی بین یون‌های K⁺ و C₃N₄ موجب کاهش برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی بین یون‌های روی (Zn²⁺) و لایه‌های وانادات شده و در نتیجه ظرفیت ویژه و پایداری چرخه‌ای باتری به شکل قابل توجهی افزایش یافته است.
عملکرد چشمگیر در شرایط دمایی مختلف
آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این باتری در دمای محیط ظرفیت ویژه‌ای معادل ۲۲۸.۴ میلی‌آمپر ساعت بر گرم دارد و پس از ۱۰ هزار چرخه شارژ و دشارژ همچنان ۱۷۴.۲ میلی‌آمپر ساعت بر گرم ظرفیت خود را حفظ می‌کند. همچنین چگالی انرژی آن ۲۱۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم و توان خروجی ۱۴٬۲۰۰ وات بر کیلوگرم اندازه‌گیری شده است.
- در دمای منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد: ظرفیت ۱۱۱.۳ میلی‌آمپر ساعت بر گرم.
- در دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد: ظرفیت ۲۰۸.۶ میلی‌آمپر ساعت بر گرم.
این نتایج نشان‌دهنده قابلیت بالای باتری آبی جدید در شرایط محیطی سخت است.
کاربردهای گسترده باتری آبی جدید
پژوهشگران تأکید دارند که این فناوری می‌تواند در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:
- تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل و دستگاه‌های پوشیدنی.
- سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه.
- کاربرد در مناطق سردسیر و محیط‌های صنعتی با شرایط دمایی سخت.
مسیر تازه در طراحی کاتدهای نسل آینده
با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و داده‌های تجربی، محققان نشان دادند که میزان بهینه C₃N₄ در ساختار کاتد نقشی کلیدی در افزایش سرعت واکنش‌ها و پایداری ساختاری دارد. این رویکرد هم‌درج‌سازی چندگانه می‌تواند الگویی نوین برای توسعه مواد الکترودی در باتری‌های نسل آینده باشد و راه را برای تولید کاتدهای پایدار، پرانرژی و مقاوم در برابر دماهای سخت در کاربردهای صنعتی و خانگی باز کند.
جمع‌بندی
باتری‌های آبی جدید با کاتد KNVO-C₃N₄، گامی مهم در توسعه فناوری ذخیره‌سازی انرژی محسوب می‌شوند. این نوآوری نه‌تنها ظرفیت و پایداری طولانی‌مدت را افزایش داده، بلکه امکان استفاده گسترده در شرایط محیطی سخت و صنایع مختلف را فراهم کرده است.
ماهان زند
من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی کامپیوتر هستم و از دوران نوجوانی به دنیای فناوری علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۷ با نوشتن مقاله‌های نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر در نشریات مختلف فعالیت کردم و در حال حاضر، به عنوان دبیر بخش فناوری‌های نو در یک مجله معتبر تکنولوژی مشغول به کار هستم. تلاش من این است که آخرین اخبار و پیشرفت‌های دنیای فناوری را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.
