نوع جدیدی از باتری ساخته شده که می تواند 10 برابر سریعتر از باتری های لیتیوم یونی شارژ شود.

Symbolic-Representation-New-Battery-Polymer

شارژ سریع باتری

شارژ باتری

باتری لیتیوم یون

باتری های لیتیوم یونی

تصور زندگی روزمره ما بدون باتری های لیتیوم یون دشوار است. استفاده از آن ها در بازار باتری با فرمت کوچک برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل همه گیر شده و همچنین معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند. باتری های لیتیوم یون دارای یک سری مشکلاتی هستند از جمله خطر احتمالی آتش سوزی و از دست دادن عملکرد در دمای سرد و همچنین تأثیر زیست محیطی قابل توجهی در دفع باتری مصرف شده دارد.

به گفته پروفسور اولگ لوین رئیس گروه الکتروشیمی در دانشگاه سن پترزبورگ ، شیمی دانان در حال تحقیق در مورد پلیمرهای حاوی نیتروکسیل فعال اکسیداسیون  به عنوان مواد ذخیره انرژی الکتروشیمیایی هستند. مشخصه این پلیمرها چگالی انرژی بالا و سرعت شارژ سریع و تخلیه سریع به دلیل سینتیک ردوکس است .

محققان دانشگاه سن پترزبورگ در جستجوی راه حل هایی برای غلبه بر این مشکل ، یک پلیمر مبتنی بر کمپلکس نیکل سالن (NiSalen) را ساختند. مولکول های این متالوپلیمر به عنوان یک سیم مولکولی عمل می کنند که آویزهای نیتروکسیل با انرژی زیاد به آن متصل می شوند. معماری مولکولی ماده عملکرد خازنی بالا را در محدوده دمایی وسیع امکان پذیر می سازد.

استاد گروه الکتروشیمی در دانشگاه سن پترزبورگ اولگ لوین

ما در سال 2016 به مفهوم این ماده رسیدیم. در آن زمان  ما شروع به توسعه یک پروژه اساسی” مواد الکترود برای باتری های لیتیوم یون بر اساس پلیمرهای آلی فلزی “ تحقیق کردیم. با مطالعه مکانیسم حمل بار در این دسته از ترکیبات  متوجه شدیم که دو جهت کلیدی برای توسعه وجود دارد. در مرحله اول  این ترکیبات می توانند به عنوان یک لایه محافظ برای پوشاندن کابل رسانای اصلی باتری استفاده شوند که در غیر این صورت از مواد سنتی باتری لیتیوم یون ساخته می شوند و دوم اینکه آنها می توانند به عنوان یک بخش فعال در مواد ذخیره انرژی الکتروشیمیایی استفاده شوند.

تولید این پلیمر بیش از سه سال به طول انجامید. در سال اول دانشمندان مفهوم ماده جدید را آزمایش کردند: آنها اجزای منفردی را برای شبیه سازی آویزهای متصل به ستون فقرات هدایت الکتریکی و ردوکس فعال کردند. ضروری  بودن اطمینان از اینکه همه قسمتهای سازه به طور مشترک کار می کنند و یکدیگر را تقویت می کنند بسیار مهم بود. مرحله بعدی سنتز شیمیایی این ترکیب می باشد که این چالش برانگیزترین قسمت پروژه بود. دلیل این امر این است که برخی از اجزا بسیار حساس هستند و حتی کوچکترین خطای یک دانشمند ممکن است باعث تخریب نمونه ها شود.

از بین چندین نمونه پلیمری بدست آمده فقط یک مورد کاملاً پایدار و کارآمد شناخته شد. زنجیره اصلی ترکیب جدید توسط مجتمع های نیکل با لیگاندهای سالن تشکیل شده است. یک رادیکال آزاد پایدار  قادر به اکسیداسیون و کاهش سریع (بار و تخلیه)  از طریق پیوندهای کووالانسی به زنجیره اصلی متصل شده است.

باتری تولید شده با استفاده از این پلیمر در چند ثانیه شارژ می شود که حدوداً ده برابر سریعتر از باتری لیتیوم یون است. این موضوع قبلاً طی یک سری آزمایشات دیده شده است. با این حال در این مرحله ، از نظر ظرفیت هنوز بدست آمدن نتیجه مطلوب حاصل نشده و 30 تا 40٪ کمتر از باتری های یون لیتیوم شارژ می شود. پروفسور اولگ لوین می گوید ما در حال حاضر در تلاش هستیم که این شاخص  نرخ تخلیه شارژ را حفظ کنیم.

این باتری جدید قادر به کار در دمای پایین و شارژ سریع و استفاده از آن بی خطر است . برخلاف باتری های پایه کبالت که امروزه به طور گسترده ای وجود دارد استفاده از آن ها ممکن است خطر ایجاد احتراق را داشته باشند و همچنین بعلت دارا بودن  فلزات خاص می تواند به محیط زیست آسیب برساند. پروفسور اولگ لوین می گوید: نیکل در پلیمر ما به مقدار کم وجود دارد اما مقدار آن کمتر از باتری های لیتیوم یون است.

مدیر سایت
ارسال دیدگاه