به گزارش بازار، دانشمندان استرالیایی و بریتانیایی موفق شدند با طراحی یک ابرلایه (سوپرلایه) دو بعدی از اکسید منگنز و گرافن، عمر باتری‌های آبی روی-یونی را به‌طور چشمگیری افزایش دهند. این دستاورد که با استفاده از پدیده‌ی کوپراتیو یان-تلر حاصل شده، راه را برای توسعه باتری‌های ایمن، ارزان و با دوام به‌عنوان جایگزینی پایدار برای باتری‌های لیتیومی هموار می‌سازد.
گروهی از پژوهشگران از دانشگاه فناوری سیدنی (University of Technology Sydney)، دانشگاه منچستر (University of Manchester)، سنکروترون استرالیا، دانشگاه فناوری سوینبرن (Swinburne University of Technology) و دانشگاه ملی استرالیا (Australian National University) با همکاری یکدیگر موفق به طراحی ساختاری نوآورانه در باتری‌های آبی مبتنی بر یون روی شدند؛ ساختاری که می‌تواند پایداری الکترودی این باتری‌ها را در بیش از ۵۰۰۰ چرخه شارژ و دشارژ حفظ کند.
در قلب این فناوری، مفهومی به‌نام «اثر مشترک یان-تلر» (Cooperative Jahn-Teller Effect) قرار دارد؛ پدیده‌ای که در آن یون‌های فلزی خاص، نظیر منگنز، به تغییرات ساختاری در شبکه‌های بلوری منجر می‌شوند. این پژوهشگران با بهره‌گیری از این اثر، موفق به خلق ابرلایه‌ای دو بعدی از گرافن و اکسید منگنز شدند که تنش ساختاری حاصل از ورود و خروج یون‌ها را در کاتد باتری کنترل کرده و از تخریب آن جلوگیری می‌کند.
به گفته نویسندگان مقاله، این ساختار توانسته ظرفیت ۱۶۵ میلی‌آمپر ساعت بر گرم را در نرخ دشارژ ۵C حفظ کند که حدود ۵۰ درصد عملکردی بهتر از باتری‌های رایج روی-یونی به‌شمار می‌رود.
استاد «گووشیو وانگ» (Guoxiu Wang)، سرپرست تیم پژوهشی از دانشگاه فناوری سیدنی در این باره گفت: «رویکرد ما مسیری عملی برای توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر آب، ایمن و مقیاس‌پذیر فراهم می‌آورد. این پژوهش نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از ساختارهای دو بعدی در کاربردهای صنعتی واقعی بهره گرفت و آن‌ها را از مرزهای آزمایشگاهی به بازار رساند.»
باتری‌های روی-یونی به‌دلیل استفاده از مواد ارزان‌قیمت، ایمنی بالا و عدم اشتعال‌پذیری، یکی از جایگزین‌های جذاب برای باتری‌های لیتیومی در کاربردهای ذخیره‌سازی ایستا (مانند پشتیبانی از شبکه برق) محسوب می‌شوند. بااین‌حال، طول عمر محدود این باتری‌ها یکی از موانع اصلی در مسیر تجاری‌سازی آن‌ها بوده است.
پروفسور «راهول نایر» (Rahul Nair) از دانشگاه منچستر و نویسنده همکار این مقاله، اظهار داشت: «ما در این پژوهش نشان داده‌ایم که کنترل شیمیایی در مقیاس اتمی می‌تواند بر محدودیت‌های عملکردی غلبه کند. با بهره‌گیری از اثر مشترک یان-تلر، موفق شدیم ویژگی‌های مغناطیسی، مکانیکی و نوری این مواد را به‌گونه‌ای مهندسی کنیم که پیش‌تر امکان‌پذیر نبود.»
از دیگر نکات مهم این پژوهش آن است که فرآیند ساخت این ابرلایه نوین، در مقیاس صنعتی و با استفاده از روش‌های محلول‌پایه آبی و بدون نیاز به حلال‌های سمی یا دمای بالا قابل انجام است؛ مزیتی که می‌تواند مسیر تجاری‌سازی این فناوری را هموارتر کند. این پژوهش، نمونه‌ای درخشان از قدرت فناوری مواد دو بعدی در دگرگون‌سازی سامانه‌های ذخیره‌ی انرژی به‌شمار می‌رود و افق‌های تازه‌ای را در زمینه مهندسی تنش در مواد برای بهبود عملکرد الکترودها در باتری‌های آینده می‌گشاید.
نظر شما