پیشرفت دانشمندان چینی، باتری جریان به 850 دوره می‌رسد و 99.95% ظرفیت خود را حفظ می‌کند
محققان مؤسسه فیزیک شیمیایی دالیان مولکول‌های آلی جدید فعال در واکنش‌های اکسایش و کاهش (ORAMs) بر پایه نفتالن برای باتری‌های جریان آلی آب‌زی توسعه داده‌اند. بر اساس یک بیانیه مطبوعاتی، ORAMs تازه توسعه‌یافته نشان می‌دهد که می‌تواند در شرایط جو عادی پایدار عمل کند.
یک باتری جریان اکسایش و کاهش نوعی سلول الکتروشیمیایی است که در آن جریان الکتریکی توسط مؤلفه‌هایی که در مایعات حل شده و در دو طرف یک غشاء ذخیره شده‌اند تولید می‌شود. مزایای باتری‌های جریان اکسایش و کاهش شامل قابلیت مقیاس‌پذیری توان و هزینه کم مالکیت آن‌ها است. با این حال، چرخه انرژی کم و استفاده از فلزات نادر مانند وانادیوم محدودیت‌هایی در استفاده از آن‌ها ایجاد کرده است.
پژوهش‌ها برای توسعه باتری‌های جریان آلی ادامه دارد که در آن از مواد آلی استفاده می‌شود که به راحتی در دسترس و تولید آسان دارند. باتری‌های جریان آلی بسته به حلال مورد استفاده برای الکترولیت به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: آبی و غیرآبی.
یک باتری جریان آلی آبی (AOFB) از آب به عنوان الکترولیت استفاده می‌کند، در حالی که یک باتری جریان آلی غیرآبی (NAOFB) از یک حلال آلی استفاده می‌کند.
چالش‌های ORAMs
انواع مختلفی از AOFB ها در دست توسعه هستند که بر اساس pH الکترولیت، خنثی و اسیدی طبقه‌بندی می‌شوند و مزایای هزینه‌ای و مقیاس‌پذیری دارند. با این حال، مولکول‌های آلی فعال در واکنش‌های اکسایش و کاهش (ORAMs) که در باتری‌ها استفاده می‌شوند، در صورت استفاده نشدن از گاز بی‌اثر مستعد غیرفعال شدن از طریق واکنش‌های جانبی هستند.
این موضوع می‌تواند باعث افزایش هزینه‌های نگهداری باتری شود زیرا از دست دادن ظرفیت غیرقابل بازگشت است و به شدت عمر مفید باتری را کاهش می‌دهد.
تیمی به رهبری ژانگ چانگ‌کون و لی شیان‌فنگ، که هر دو استاد در مؤسسه فیزیک شیمیایی دالیان هستند، مشتقات جدیدی بر پایه نفتالن با هیدروکسیل‌ها و اسکافولدهای دی‌متیل‌آمین فعال توسعه داده‌اند که در هوا پایدار هستند و بنابراین می‌توانند در AOFB ها استفاده شوند.
چگونه عمل کردند؟
محققان از ترکیبی از روش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی در جا برای سنتز مشتقات فعال نفتالن استفاده کردند. این رویکرد هم باعث تسهیل خالص‌سازی ORAMs شد و هم مقیاس‌پذیر و اقتصادی بود.
مرحله الکتروشیمیایی مزیت دیگری اضافه کرد زیرا محققان اکنون می‌توانستند اسکافولدهای آلکیل‌آمین‌های آبدوست را در مشتقات نفتالن معرفی کنند. این امر به عنوان حفاظ در برابر واکنش‌های جانبی غیرمترقبه عمل می‌کند و همچنین حلالیت مولکول‌ها را در الکترولیت آب‌زی بهبود می‌بخشد.
در آزمون‌هایشان، محققان دریافتند که باتری جریان نفتالن، هنگامی که با الکترولیتی با غلظت 1.5 مولار مورد استفاده قرار گیرد، عملکرد پایدار چرخه‌ای تا 850 دوره (تقریباً 40 روز) دارد.
ظرفیت باتری در 50 آمپر ساعت به ازای هر لیتر ثبت شد.
محققان یک جریان هوای مداوم در کاتولیت معرفی کردند تا بررسی کنند که آیا AOFB می‌تواند با معرض هوا کار کند یا خیر. آن‌ها دریافتند که باتری برای 600 دوره (تقریباً 22 روز) بدون افت در عملکرد یا ظرفیت عمل کرد.
علاوه بر بهبود عملکرد، محققان همچنین در حوزه مقیاس‌پذیری تولید مشتقات نفتالن کار کردند و به تولیدات 5 کیلوگرم در هر دوره رسیدند، به گفته این بیانیه مطبوعاتی.
محققان بسته‌های باتری مقیاس آزمایشی با روش‌های جدید سنتز و بهره‌برداری خود طراحی کردند. آن‌ها برای پایداری و عملکرد در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار گرفتند. با ظرفیتی معادل 330 آمپر ساعت، بسته‌های باتری آزمایشی پایداری چرخه‌ای برای 270 دوره (27 روز) و حفظ ظرفیت 99.95 درصد به ازای هر دوره را نشان دادند.
لی در بیانیه مطبوعاتی افزود: «این مطالعه انتظار می‌رود زمینه جدیدی در طراحی مولکول‌های پایدار در هوا برای ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی پایدار و مبتنی بر هوا باز کند.»
نتایج این پژوهش در Nature Sustainability منتشر شد.
