افزایش بازده باتری‎های لیتیم-هوا با دستاورد محققان ایرانی دانشگاه ایلینویز

محققان ایرانی دانشگاه ایلینویز موفق شدند با استفاده از مواد دوبعدی، بازده انرژی باتری‎های لیتیم-هوا را ارتقا دهند.

باتری‎های لیتیم-هوا می‎توانند جایگزین مناسبی برای باتری‎های لیتیم-یون فعلی باشند که در خودروهای الکتریکی، موبایل‎ها و لپ تاپ‎ها بکار می‎روند. این باتری‎ها می‎توانند انرژی تا 10 برابر بیشتر از باتری‎های لیتیم-یون را ذخیره کنند و بسیار سبک‎تر هستند. باتریهای لیتیم-هوا با استفاده از کاتالیزورهای پیشرفته از مواد دوبعدی انرژی بیشتری را تأمین می‎کنند. این نوع کاتالیست‎ها سرعت واکنش‎های شیمیایی باتری را افزایش داده و با توجه به اینکه هر کاتالیست از چه نوع ماده‎ای تهیه شده باشد، امکان افزایش انرژی و نگهداری آن را برای باتری فراهم می‎کنند.

به گفته دکتر امین صالحی خجین: "ما نیازمند باتری‎هایی با دانسیته انرژی بسیار بالا هستیم تا بتوانند انرژی مورد نیاز فناوری‎های جدید را تأمین کنند که در موبایل‎ها، لپ تاپ و بخصوص خودروهای الکتریکی کاربرد داشته باشند." دکتر صالحی خجین و همکارانش برخی مواد دوبعدی را سنتز کردند که کاربرد کاتالیستی دارند. این مواد دوبعدی قادر هستند تا انرژی باتری‎های لیتیم-هوا را تا بیش از 10 برابر ارتقا دهند.

 

 

" در حال حاضر، خودروهای الکتریکی بطور متوسط 100 مایل (160 کیلومتر) مسافت را به ازای هر بار شارژ طی می‎کنند. اما با استفاده از این کاتالیست‎های دوبعدی، می‎توان تقریباً 400 تا 500 مایل را به ازای هر بار شارژ پیمود که دستاورد بزرگی در ذخیره انرژی به شمار می‎رود." این محققان توانستند 15 گونه مختلف از فلزات واسطه دی کالکوژنید دوبعدی (TMDC) را تهیه کنند. TMDCها ترکیبات منحصربفردی هستند؛ زیرا هدایت الکتریکی بالایی داشته و انتقال الکترون سریعی را ایجاد می‎کنند و قادرند در واکنش‎های شارژ-دشارژ باتری دخالت کنند.

طبق گفته خانم لیلی مجیدی: "در فرم دوبعدی این مواد، TMDCها خصوصیات الکترونیکی بسیار بهتری را نشان داده و سطح واکنش بیشتری را فراهم می‎کنند تا در فرایندهای الکتروشیمیایی شرکت کنند و البته ساختار آنها نیز تغییر نخواهد کرد. سرعت واکنش‎ها نیز در مقایسه با کاتالیست‎های رایجی چون طلا و پلاتین که در باتری استفاده می‎شوند، بسیار سریع‎تر هستند.

یکی از دلایلی که این مواد موفق ظاهر شده‎اند، این است که این مواد هر دو فرایند شارژ و دشارژ را تسریع می‎کنند. مواد دوبعدی همچنین خاصیت هم‎افزایی با الکترولیت مایع یونی را دارند. بدین ترتیب فرایند انتقال الکترون سریع‎تر شده و فرایند شارژ هم تسریع می‎شود و بازده ذخیره‎سازی و آزادسازی انرژی ارتقا می‎یابد.