تکذیب یک باور قدیمی در شیمی باتریها
سالها این تصور بر جامعه علمی حاکم بود که در باتریهای روی-منگنز، یونهای +Zn2 هنگام شارژ و تخلیه به ساختار کاتد وارد و از آن خارج میشوند و همین فرآیند، محور اصلی ذخیره و آزادسازی انرژی است. اما پژوهش جدید محققان دانشگاه تهران این پیشفرض را به چالش کشید.
این تیم با طراحی یک روش آزمایشی ساده، دسترسی یونهای روی به کاتد را محدود کردند تا تاثیر آن را بسنجند. نتیجه بهطور غیرمنتظرهای نشان داد حتی وقتی ورود یون روی به نزدیکی کاتد عملاً مسدود شده است، ظرفیت باتری کمتر از ۱۰ درصد با حالت عادی تفاوت دارد. این یافته ثابت میکند نقش میاننشانی Zn2+ در ساختار کاتد بسیار کمتر از آن چیزی است که در مطالعات پیشین تصور میشد.
چرا درک درست سازوکار واکنش حیاتی است؟
شیمی باتریها پیچیده است و هرگونه اشتباه در شناسایی مسیر حرکت یونها، تلاش برای بهبود عملکرد را با شکست مواجه میکند. اگر دانشمندان بر پایه فرضی غلطی برای افزایش ظرفیت یا طول عمر باتری تلاش کنند، هرگز به بهینهترین حالت دست نخواهند یافت. در واقع، شناسایی دقیق مکانیسم واکنشها به اندازه افزایش ظرفیت باتری اهمیت دارد.
مزایای باتریهای روی-دیاکسید منگنز (Zn–MnO2)
باتریهای آبی روی-دیاکسید منگنز به دلیل ویژگیهای خاص خود، دوباره مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاند. این فناوری به جای تکیه بر مواد گرانقیمت، از متریالهای فراوان و کمهزینه استفاده میکند که مزایای زیر را به همراه دارد:
- ایمنی بالا و سازگاری بیشتر با محیط زیست
- امکان استفاده از الکترولیتهای آبی
- کاربرد بهینه در سیستمهای ذخیرهسازی ایستا
- پتانسیل بالا برای استفاده در نسل جدید تجهیزات الکترونیکی انعطافپذیر و پوشیدنی
با وجود این مزایا، نبود توافق کامل بر سر سازوکار شیمیایی این باتریها، مانع اصلی تبدیل این فناوری به یک گزینه تجاری است. یافتههای اخیر دانشگاه تهران مسیر را برای بررسی سازوکارهای جایگزین و تسریع تجاریسازی این محصول هموار میکند.