پیشرفت در باتری‌های پروتونی بر محدودیت لیتیوم غلبه کرده و ۳۵۰۰ چرخه شارژ را ارائه می‌دهد
محققان دانشگاه نیو ساوت ولز سیدنی به یک پیشرفت جدید در فناوری ذخیره‌سازی انرژی دست یافته‌اند و باتری‌ای را توسعه داده‌اند که به جای لیتیوم از پروتون‌ها استفاده می‌کند.
تیم تحقیقاتی باتری قابل شارژ پروتونی را با استفاده از ماده‌ای نوین به نام تترا‌آمینو‌بنزوکینون (TABQ) ساخته که حرکت سریع پروتون‌ها را تسهیل کرده و ذخیره‌ی انرژی کارآمد را ممکن می‌سازد.
پروفسور چوان ژائو از دانشگاه نیو ساوت ولز در یک بیانیه خبری، گفت: "ما یک ماده کوچک‌مولکولی با ظرفیت بالا برای ذخیره‌سازی پروتون توسعه داده‌ایم."
این باتری امکان ذخیره سریع انرژی، عمر چرخه طولانی و عملکرد مؤثر حتی در دماهای زیر صفر را ارائه می‌دهد.
«همراه با یک کاتد TCBQ، این باتری کامل آلی عمر چرخه طولانی (۳۵۰۰ چرخه شارژ کامل و سپس تخلیه کامل باتری)، ظرفیت بالا و عملکرد خوب در شرایط سرد را ارائه می‌دهد که آن را برای ذخیره‌سازی تجدیدپذیر امیدبخش می‌سازد.» پژوهشگران تاکید کردند.
این پیشرفت می‌تواند ذخیره‌سازی انرژی بویژه برای کاربردهایی مانند ذخیره‌سازی شبکه برق و وسایل نقلیه برقی را متحول کند.
راه‌حل مبتنی بر پروتون برای چالش‌های باتری‌های لیتیوم-یونی
باتری‌های لیتیوم‌یونی به طور گسترده در الکترونیک و وسایل نقلیه برقی استفاده می‌شوند.
پژوهشگران افزودند که «این باتری‌ها با تبادل یون‌های لیتیوم بین آند و کاتد، بار الکتریکی ایجاد می‌کنند و به عنوان راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی قابل حمل گسترده‌ترین کاربرد را دارند.»
با این حال، وابستگی به لیتیوم که منبعی محدود است، نگرانی‌هایی درباره دسترسی طولانی‌مدت و تاثیر زیست‌محیطی آن ایجاد می‌کند.
سیچنگ وو، دانشجوی دکترا از دانشکده شیمی، اظهار داشت: «لیتیوم منبعی محدود است که به طور یکنواخت در زمین توزیع نشده، بنابراین ممکن است برخی کشورها به منابع لیتیوم ارزان دسترسی نداشته باشند. باتری‌های لیتیومی همچنین چالش‌های بزرگی در کاربردهای شارژ سریع، امنیت و کارایی پایین در دماهای سرد دارند.»
باتری‌های پروتونی گزینه‌ای جذاب را فراهم می‌کنند. آنها از پروتون‌ها استفاده می‌کنند که فراوان و بدون خطرات زیست‌محیطی هستند.
پروتون‌ها همچنین کوچک‌ترین شعاع یونی و جرم را در بین تمام عناصر دارند که به انتقال سریع‌تر و چگالی انرژی بالاتر کمک می‌کند. بعلاوه، باتری‌های پروتونی به واسطه الکترولیت‌های غیرقابل اشتعال، ذاتاً ایمن‌ترند.
باتری پروتونی قابلیت‌های بالاتری ارائه می‌دهد
تیم UNSW با استفاده از ماده TABQ به عنوان آند، باتری پروتونی را ساخته‌اند. این ماده قابلیت‌های ذخیره پروتون برتری دارد و محدوده بالقوه در واکنش اکسایش و کاهش پایین‌تری نسبت به مواد آلی قبلی دارد.
این ویژگی‌ها به ظرفیت بالای باتری و عمر چرخه طولانی کمک می‌کنند. در آزمایش‌ها، نمونه اولیه باتری پروتونی عملکرد چشمگیری نشان داد. این باتری به عمر چرخه طولانی ۳۵۰۰ چرخه دست یافت.
همچنین ظرفیت بالا و عملکرد خود را حتی در دماهای سرد حفظ کرد.
بیانیه خبری نتیجه‌گیری کرد: "باتری‌های پروتونی به عنوان یک گزینه نوآورانه و پایدار در حوزه انرژی توجه‌ها را جلب کرده و به عنوان یکی از راه‌حل‌های بالقوه برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی نسل بعدی مورد ستایش قرار گرفته‌اند."
این ویژگی‌ها باتری‌های پروتونی را به گزینه‌ای مطمئن برای کاربردهای مختلف، از جمله ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه تبدیل می‌کنند.
ذخیره‌سازی در مقیاس شبکه برای ترکیب منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه قدرت حیاتی است، زیرا امکان ذخیره انرژی اضافی تولید شده در دوران اوج تولید و آزادسازی آن در دوران تقاضای بالا را فراهم می‌کند.
اصلاح بیشتر برای صنعت هیدروژن
با اینکه نمونه اولیه کنونی پتانسیل باتری‌های پروتونی را نشان می‌دهد، تیم تحقیقاتی قصد دارد تا عملکرد آن را بیشتر تقویت و بهبود دهد.
تحقیقات آینده بر روی توسعه مواد آلی جدید با محدوده‌های بالقوه واکنش اکسایش و کاهش بیشتر برای افزایش ولتاژ خروجی باتری تمرکز خواهد کرد.
پروفسور ژائو همچنین از پیامدهای گسترده‌تر تحقیقاتشان هیجان‌زده است.
«ما در واقع می‌توانیم بررسی کنیم که چگونه این نوع مولکول آلی می‌تواند در طیف گسترده‌ای از کاربردها، مانند ذخیره‌سازی هیدروژن، مورد استفاده قرار گیرد.»
توانایی ذخیره پروتون‌ها به‌طور کارآمد ممکن است صنعت هیدروژن را متحول کند.
هیدروژن حامل انرژی پاک و پایداری است، اما ذخیره و حمل و نقل آن چالش‌های عمده‌ای را ایجاد کرده است. با توسعه موادی که بتوانند پروتون‌ها را به‌طور مؤثر ذخیره کنند، هیدروژن می‌تواند آسان‌تر و ایمن‌تر حمل‌ونقل و استفاده شود.
