باتری‌هایی برای تامین انرژی کلونی‌های مریخ و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای زمین

دانشمندان دانشگاه ساری انگلستان به پیشرفت چشمگیری در فناوری باتری‌های دوستدار محیط‌زیست دست یافته‌اند. آن‌ها سیستمی را توسعه داده‌اند که نه‌تنها انرژی بیشتری را ذخیره می‌کند، بلکه ممکن است به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز کمک کند. این باتری‌های لیتیوم-دی‌اکسید کربن “تنفس‌کننده” در حین جذب دی‌اکسید کربن، برق تولید می‌کنند و گزینه‌ای پایدارتر را ارائه می‌دهند که در نهایت می‌تواند از باتری‌های لیتیوم-یون معمولی پیشی بگیرد.

پیش از این، باتری‌های لیتیوم-دی‌اکسید کربن با مشکلات کارایی دست و پنجه نرم می‌کردند. آن‌ها به سرعت فرسوده می‌شدند، شارژ مجددشان دشوار بود و به مواد گران‌قیمت و کمیابی مانند پلاتین وابسته بودند. اکنون محققان در ساری با معرفی کاتالیزور کم‌هزینه‌ای به نام سزیم فسفومولیبدات (CPM)، این مشکلات را برطرف کرده‌اند.

آن‌ها از طریق ترکیبی از مدل‌سازی کامپیوتری و آزمایش‌های آزمایشگاهی دریافتند که این تغییر ساده به باتری‌ها اجازه می‌دهد انرژی بسیار بیشتری را ذخیره کنند، برای شارژ به قدرت بسیار کمتری نیاز داشته باشند و برای بیش از ۱۰۰ چرخه به طور قابل اعتمادی کار کنند.

تاثیر بالقوه بر انتشار گازهای گلخانه‌ای و اکتشافات فضایی

این مطالعه که در مجله Advanced Science منتشر شده است، گامی امیدبخش به سوی استفاده در دنیای واقعی است. در صورت ورود به بازار، این باتری‌ها می‌توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه و منابع صنعتی کمک کنند. دانشمندان همچنین معتقدند که می‌توان از آن‌ها در مریخ استفاده کرد، جایی که اتمسفر از ۹۵٪ دی‌اکسید کربن تشکیل شده است.

دکتر سیدهارت گادکاری، مدرس مهندسی فرآیند شیمیایی در دانشگاه ساری و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت:

نیاز فزاینده‌ای به راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی وجود دارد که از حرکت ما به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر حمایت و در عین حال با تهدید فزاینده تغییرات آب و هوایی مقابله کند. کار ما بر روی باتری‌های لیتیوم-دی‌اکسید کربن یک تغییر بالقوه در تحقق این چشم‌انداز است.

یکی از بزرگترین چالش‌ها در این باتری‌ها چیزی به نام “اورپتانسیل” است – انرژی اضافی مورد نیاز برای شروع واکنش.

می‌توانید آن را مانند دوچرخه‌سواری در سربالایی قبل از اینکه بتوانید سرازیر شوید، تصور کنید. آنچه ما نشان دادیم این است که CPM این سربالایی را مسطح می‌کند، به این معنی که باتری در هر بار شارژ و دشارژ انرژی بسیار کمتری را از دست می‌دهد.

آزمایش پس از مرگ نشان‌دهنده شیمی پایدار است

برای درک اینکه چرا CPM به این خوبی کار می‌کند، تیم‌هایی از دانشکده شیمی و مهندسی شیمی ساری و موسسه فناوری پیشرفته از دو روش استفاده کردند. ابتدا، آن‌ها باتری را پس از شارژ و دشارژ از هم جدا کردند تا تغییرات شیمیایی داخل آن را مطالعه کنند. این آزمایش‌های پس از مرگ نشان داد که کربنات لیتیوم، ترکیبی که هنگام جذب CO₂ توسط باتری تشکیل می‌شود، می‌تواند به‌طور قابل اعتمادی ساخته و حذف شود – یک ویژگی ضروری برای استفاده طولانی‌مدت.

سپس آن‌ها به مدل‌سازی کامپیوتری با استفاده از نظریه تابعی چگالی (DFT) روی آوردند، که به محققان امکان می‌دهد نحوه واکنش‌ها را بر روی سطح ماده بررسی کنند. نتایج نشان داد که چگونه ساختار پایدار و متخلخل CPM سطح ایده‌آلی را برای واکنش‌های شیمیایی کلیدی ارائه می‌دهد.

دکتر دانیل کاماندر، همکار آینده در دانشگاه ساری و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت:

آنچه در مورد این کشف هیجان‌انگیز است، این است که عملکرد قوی را با سادگی ترکیب می‌کند. ما نشان داده‌ایم که ساخت باتری‌های لیتیوم-دی‌اکسید کربن کارآمد با استفاده از مواد مقرون‌به‌صرفه و قابل تولید در مقیاس بزرگ امکان‌پذیر است – بدون نیاز به فلزات کمیاب. یافته‌های ما همچنین راه را برای طراحی کاتالیزورهای حتی بهتر در آینده باز می‌کند.

این کشف درهای جدیدی را برای توسعه مواد باتری ارزان‌تر و آسان‌تر برای ساخت باز می‌کند. با تحقیقات بیشتر در مورد نحوه تعامل این کاتالیزورها با الکترودها و الکترولیت‌ها، باتری‌های لیتیوم-دی‌اکسید کربن می‌توانند به روشی عملی و قابل مقیاس‌بندی برای ذخیره انرژی پاک تبدیل شوند، در حالی که به کاهش کربن در جو کمک می‌کنند.

منبع: Scitechdaily