طراحی جدید برای افزایش سرعت شارژ در باتریهای سدیم یون
محققان مؤسسه NITech در ژاپن دریافتند که استفاده از مواد خاصی به‌عنوان اجزای باتریهای سدیم یونی می‌تواند بازده این باتری‌ها را افزایش دهد. این دستاورد، باتریهای سدیم یونی را قادر خواهد ساخت که در چندین مشخصه، به خصوص سرعت شارژ، با باتریهای لیتیوم یونی رقابت کنند.
باتریهای لیتیوم یون رایج، چندین مزیت ازجمله قابلیت شارژ مجدد و طیف کاربردی وسیع دارند. این باتری‌ها، در وسایلی همچون لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های تلفن همراه و همچنین خودروهای هیبریدی و تمام الکتریکی استفاده می‌شوند. وسیله نقلیه الکتریکی یکی از تکنولوژی‌های ضروری برای کاهش آلودگی نواحی شهری است که در حال حاضر از آن برای حمل‌ونقل پاک و پایدار استفاده می‌شود و نقش مهمی در به ثمر رسیدن تلاش‌ها برای حل بحران‌های زیست‌محیطی ایفا می‌کند.
یکی از معضلات استفاده از فلز لیتیوم، منابع محدود آن است. این فلز نه تنها گران‌بها است بلکه میزان تولید سالیانه آن نیز ازنظر فنی به دلیل فرآیند خشک‌کردن محدود می‌شود. با توجه به افزایش تقاضا برای وسایل حاوی باتری و به خصوص خودروهای الکتریکی، تلاش برای یافتن جایگزین فلز لیتیوم که ارزان‌قیمت و فراوان باشد ضروری است.
باتریهای سدیم یونی به چندین دلیل جایگزینی جذاب برای باتریهای لیتیوم یونی هستند. سدیم منابع محدودی ندارد و به فراوانی در پوسته زمین و آب دریا یافت می‌شود. همچنین ترکیبات سدیمی به دلیل دارا بودن ساختمان کریستالی مناسب، می‌توانند سرعت‌های شارژ بالاتری را به نمایش بگذارند. بااین‌وجود، سدیم به‌آسانی نمی‌تواند جایگزین لیتیوم در مواد رایج مورد استفاده در باتری‌ها شود، زیرا ماهیت شیمیایی سدیم متفاوت و اندازه یون آن بزرگ‌تر است.
محققان NITech یک روش مؤثر و منطقی برای این مسئله پیدا کردند. بعد از استخراج 4300 ترکیب از پایگاه داده ساختمان کریستالی و محاسبات با توان عملیاتی بالا برای ترکیبات مذکور، یکی از این ترکیبات نتایج مطلوبی را نشان داد و بنابراین کاندید مناسبی به‌عنوان یکی از اجزای باتریهای سدیم یونی بود.
این محققان دریافتند که ماده Na2V3O7 عملکرد الکتروشیمیایی مناسبی نشان می‌دهد و همچنین دارای ساختارهای کریستالی و الکترونیکی مطلوبی است. این ترکیب نرخ شارژ سریعی را نشان می‌دهد، به‌گونه‌ای که می‌تواند به‌طور پایدار تا 6 دقیقه شارژ شود. بنابراین، این محققان نشان دادند استفاده از این ترکیب می‌تواند باعث ایجاد عمر طولانی در باتری و همچنین زمان شارژ کوتاه گردد.
هدف این پروژه حل بزرگ‌ترین مشکلی بود که باتریهای بزرگ در کاربردهایی همچون خودروهای الکتریکی مواجه‌اند، به‌طوری‌که شدیداً به مدت‌زمان شارژ زیادی احتیاج دارند. این محققان دریافتند که به‌رغم مشخصات مطلوب و تأثیر کلی مثبت روی باتریهای سدیم یونی، ماده Na2V3O7 در مراحل نهایی شارژ دستخوش تخریب می‌شود که ظرفیت شارژ واقعی را به میزان نصف ظرفیت تئوری محدود می‌کند. ازاین‌رو، این محققان قصد دارند در آزمایش‌های بعدی روی بهبود عملکرد این ماده متمرکز شوند به‌گونه‌ای که این ماده در تمام مدت مراحل شارژ به‌طور کامل پایدار باقی بماند.
تاریخ:2018/11
نویسنده: محسن کریم پور
ویراستار: حسین جعفری پور
