استفاده از اسیدهای غذایی: قابلیت‌های جدید ذخیره‌سازی انرژی با استفاده از شراب برای افزایش کارایی باتری‌ها
محققان دانشگاه UNSW با استفاده از یک منبع غیرمنتظره یعنی اسیدهای غذایی که در شراب یافت می‌شوند، کشفی بنیادی در فناوری باتری انجام داده‌اند.
آنها یک جزء باتری را از ترکیباتی تهیه کرده‌اند که در اسیدهای غذایی رایج و اغلب دور ریخته شده به عنوان زباله یافت می‌شود.
"یک جزء جدید باتری که از اسیدهای غذایی وای برگرفته شده در شکلات و تولید شراب استفاده می‌کند، می‌تواند باتری‌های لیتیوم-یونی را کارآمدتر، مقرون به صرفه‌تر و پایدارتر کند،" محققان در یک اطلاعیه مطبوعاتی اعلام کرده‌اند.
در حال حاضر، باتری‌های لیتیوم-یونی در بازار انرژی مسلط هستند. آنها به طور گسترده‌ای از تلفن همراه تا وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. با این حال، آنها نیز با چندین مشکل روبرو هستند.
برای مثال، بخشی از این باتری‌ها که به عنوان آند شناخته می‌شود، به طور سنتی از گرافیت ساخته می‌شود. با این حال، تولید گرافیت به دلیل استخراج معدنی، تصفیه انرژی‌بر و استفاده از مواد شیمیایی طاقت‌فرسا به محیط زیست آسیب می‌رساند.
پاسخ به محدودیت‌ها
پروفسور نیرج شارما که تیم را رهبری می‌کرد، اشاره می‌کند که روش متعارف تولید گرافیت برای باتری‌ها بسیار ناپایدار است.
"حدود ۶۰ درصد گرافیت در مراحل پردازش از بین می‌رود که معمولاً نیازمند دمای بالا و اسیدهای بسیار قوی است [که نیاز به رسیدن به خلوص لازم دارند]… بنابراین تأثیر بزرگی بر محیط زیست دارد،" او اظهار داشت.
فناوری جدید با ترکیبات مشتق شده از اسیدهای غذایی مثل اسید تار تاریک و مالیک جایگزین گرافیت می‌شود.
"تمرکز ما واقعاً روی فهمیدن مواد [استفاده شده در باتری‌ها] و مکانیزم طبیعی آنها در زمان عملیات باتری است، و با استفاده از این فهم ما می‌توانیم مواد بهتر طراحی کنیم،" پروفسور شارما تأکید کرد.
"با استفاده از زباله‌های تولید شده در مقیاس وسیع برای اجزای باتری، صنعت می‌تواند ورودی‌های خود را متنوع کرده و هم مسائل زیست محیطی و هم پایداری را بهبود بخشد."
پروتوتایپ امیدوار کننده و توسعه آینده
محققان با ساختن یک باتری نمونه اولیه، قابلیت تکنولوژی خود را نشان داده‌اند.
این پروتوتایپ اندازه‌ای مشابه با باتری‌های تلفن همراه دارد و انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های سنتی برپایه گرافیت ذخیره می‌کند. این می‌تواند به دستگاه‌ها اجازه دهد که شارژ بیشتری نگه داشته و کمتر نیاز به شارژ داشته باشند.
"ما برای فهمیدن آنچه درحال وقوع بود، آزمایش کردیم، واکنش‌ها را طراحی کردیم تا عملکرد را به حداکثر برسانیم و ترکیبات حاصل و عملکرد آنها را تحلیل کردیم،" شارما تأیید کرد.
تیم اکنون در حال کار بر روی گسترش فرآیند تولید خود، از باتری‌های کوچک سکه‌ای به سلول‌های کیسه‌ای بزرگتر برای دستگاه‌های با نیاز بیشتر است. آنها همچنین در حال آزمایش هستند تا اطمینان حاصل کنند باتری‌ها در برابر استفاده‌های مکرر و دماهای متفاوت دوام دارند.
"با فهمیدن شیمی باتری‌ها، ما می‌توانیم خواص فیزیکی آنها را بهبود بخشیم و ظرفیت ذخیره انرژی آنها [برای نگهداری توان بیشتر]، هدایت یونی [که نرخ بالاتری از تخلیه یا شارژ مجدد انرژی انباشته شده را می‌توان فراهم کند] یا پایداری ساختاری [برای افزایش طول عمر آنها فراهم کند و پایداری را بهبود بخشد]،" ذکر کرد شارما.
باتری پایدار و مؤثر
قابل ذکر است که این پیشرفت به طور بالقوه نه تنها می‌تواند باتری‌ها را پایدارتر کند بلکه مقرون به صرفه‌تر و کارآمدتر نیز بشود.
محققان همچنین در حال بررسی کاربرد این فناوری در باتری‌های سدیم-یونی، جایگزینی دیگری برای باتری‌های لیتیوم-یونی، هستند.
پروفسور شارما همچنین اهمیت داشتن فناوری‌های باتری متنوع برای کاربردهای مختلف و نیاز به فرآیندها و مواد پایدارتر را برجسته کرد.
"این درباره داشتن فناوری‌های باتری مختلف برای کاربردهای مختلف است، از جمله آوردن نیرو خورشیدی و باتری در یک دستگاه،" او نتیجه‌گیری کرد.
این موفقیت یک گام بزرگ به جلو در فناوری باتری است، و نشان می‌دهد که چگونه زباله غذایی می‌تواند به یک منبع ارزشمند برای تأمین انرژی جهان تبدیل شود.
