پیشرفت بزرگ در باتری آلومینیومی با حفظ بیش از 99 درصد ظرفیت پس از 10,000 چرخه
محققان نوع جدیدی از باتری آلومینیوم-یونی را توسعه داده‌اند که می‌تواند به رفع چالش‌های بحرانی در ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کند. این باتری یک جایگزین ایمن‌تر، پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر نسبت به فناوری‌های فعلی ارائه می‌دهد.
باتری جدید Al-ion در آزمایش‌ها نشان داده که طول عمر بی‌نظیری دارد. حتی پس از 10,000 چرخه شارژ-تخلیه، بیش از 99 درصد از ظرفیت اصلی خود را حفظ کرده است.
«باتری آلومینیوم یونی جامد حالت دارای عمری بسیار طولانی بوده و پس از 10,000 چرخه شارژ-تخلیه کمتر از 1 درصد از ظرفیت اصلی خود را از دست داده است»، تیم تحقیقاتی در یک بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد.
این ویژگی به همراه ویژگی‌های ایمنی و قابلیت بازیافت، آن را به یک راه‌حل بسیار امیدوارکننده برای ذخیره‌سازی انرژی از منابعی مانند انرژی خورشیدی و باد تبدیل کرده است.
«این طراحی جدید باتری Al-ion نشان‌دهنده پتانسیل سیستم ذخیره‌سازی انرژی با عمر طولانی، مقرون‌به‌صرفه و ایمنی بالا است»، وی وانگ، یکی از نویسندگان مطالعه اضافه کرد.
نیاز روزافزون به ذخیره‌سازی انرژی قابل اطمینان
هم‌زمان با افزایش سریع تقاضا برای منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی و بادی، توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی قابل اطمینان ضروری می‌شود.
باتری‌های بزرگ برای یکپارچه‌سازی این منابع ناپایدار در شبکه برق ضروری هستند تا حتی وقتی که نور خورشید یا باد موجود نیست، تداوم انرژی تامین شود. اما فناوری‌های باتری موجود، به‌ویژه باتری‌های لیتیوم-یونی، دارای محدودیت‌هایی هستند.
باتری‌های لیتیوم-یونی، علی‌رغم اینکه به‌طور گسترده در الکترونیک مصرفی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند، هزینه تولید بالایی دارند که آنها را برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ کمتر مناسب می‌سازد. علاوه بر این، خطر آتش‌سوزی دارند و نگرانی‌های ایمنی، به‌ویژه برای نصب‌های بزرگ را برمی‌انگیزند.
«جایگزین‌های محتمل برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت قابل اطمینان شامل باتری‌های قابل شارژ Al-ion می‌شود»، پژوهشگران اعلام کردند.
با این‌حال، باتری‌های آلومینیوم-یونی مرسوم با مشکلات عملکرد و مسائل ایمنی مرتبط با استفاده از الکترولیت‌های مایع روبرو هستند.
این الکترولیت‌ها که معمولاً از کلرید آلومینیوم تشکیل شده‌اند، به اجزاء باتری خورنده هستند و به رطوبت بیش‌ازحد حساس هستند. این می‌تواند به افت عملکرد در طول زمان و ایجاد خطرات احتمالی منجر شود.
رویکرد نوین با الکترولیت حالت جامد
باتری آلومینیوم-یونی جدید با استفاده از الکترولیت جامد این موانع را برطرف می‌کند. این رویکرد باعث افزایش پایداری باتری و کاهش مسائل خوردگی مرتبط با الکترولیت‌های مایع می‌شود.
«تیم یک نمک فلورید آلومینیوم غیرفعال را به الکترولیت حاوی Al-ion اضافه کردند و آن را به یک الکترولیت جامد تبدیل کردند»، محققان اعلام کردند.
این امر به حرکت کارآمد یون‌های آلومینیوم کمک می‌کند و ساختاری مقاوم‌تر و بادوام‌تر ارائه می‌دهد.
«علاوه بر این، زمانی که محققان باتری Al-ion خود را ساختند، از کربنات فلوئورو اتیلن به عنوان یک افزودنی واسط استفاده کردند تا یک لایه نازک جامد بر روی الکترودها ایجاد کنند و از تشکیل کریستال‌های آلومینیوم که به سلامت باتری آسیب می‌زند جلوگیری کنند»، در بیانیه مطبوعاتی تاکید شده است.
افزایش عملکرد و طول عمر باتری
«در آزمایش‌ها، مقاومت باتری در برابر رطوبت و همچنین پایداری فیزیکی و حرارتی تقویت شده است، به گونه‌ای که توانست به صورت مستمر ضربات از یک شی تیز و دماهای تا 392 درجه فارنهایت را تحمل کند»، محققان اظهار داشتند.
توانایی تحمل 10,000 چرخه شارژ-تخلیه با کمترین افت ظرفیت، پتانسیل آن برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت را نمایان می‌کند.
«علاوه بر این، بیشتر فلورید آلومینیوم می‌تواند با یک شستشوی ساده بازیابی شود و سپس در یک باتری دیگر با عملکرد اندکی کاهش یافته بازیافت شود»، تیم نتیجه‌گیری کرد.
در حالی که این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است، پتانسیل عظیمی دارد. محققان قصد دارند به بهبود باتری ادامه دهند، ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی آن را افزایش دهند و عمر مفید آن را بیشتر کنند.
