هیدروژن، عامل مخرب در باتری‌های سدیم یون

هیدروژن، عامل مخرب در باتری‌های سدیم یون

باتری‌ها به زندگی ما انرژی می بخشند: ما به باتری‌ها برای روشن ماندن گوشی تلفن همراه و لپتاپ‌هایمان و رانندگی در جاده با ماشین های الکتریکی و هیبریدی نیاز داریم. اما رشد پیوسته و به کارگیری رایج ترین نوع باتری‌ها یعنی باتری‌های لیتیوم یون می تواند منجر به افزایش هزینه به دلیل کاهش منابع لیتیوم گردد، که این مسئله دلیل تحقیقات زیاد روی باتری‌های سدیم یون به عنوان یک جایگزین مناسب است. سدیم به عنوان یک فلز قلیایی بسیار نزدیک به لیتیوم، فراوان و ارزان است و باتری‌های سدیم یون با طراحی مناسب می‌توانند به خوبی کار کنند.

در واقع چالش باتری‌های سدیم یون، عمر کوتاه تر نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی است و در حال حاضر، دانشمند محاسبات مواد کریس وان د وال و همکارانش در دانشگاه سانتاباربا کالیفرنیا، یک دلیل واضح برای کاهش ظرفیت در باتری‌های سدیم یونی دارند و آن این است که حضور ناخواسته هیدروژن منجر به تخریب الکترود باتری می شود.

ژو می گوید: “هیدروژن به طور معمول در حین ساخت ماده کاتد موجود است و یا اینکه می تواند از محیط و یا الکترولیت وارد شود. مشخص شده است که هیدروژن تاثیر شدیدی روی خواص الکترونیکی مواد دارد، بنابراین ما روی اثر آن بر ماده NaMnO2 (سدیم منگنز دی اکسید) که کاتد رایج باتری‌های سدیم یونی است کنجکاو بودیم.” به منظور مطالعه ی این موضوع، این محققان از تکنیک های محاسباتی که قادر به پیش بینی اثرات شیمیایی و ساختاری ناشی از ناخالصی ها هستند استفاده کردند.

در این تحقیقات مشخص شد که هیدروژن بسیار سریع می تواند درون ماده نفوذ کند و حضور آن اتم های منگنز را قادر می سازد که از پیکره اکسید منگنز که پیوستگی ماده را حفظ می کند شکسته شده و منجر به از هم گسیختگی ماده شود. جداشدن منگنز برگشت ناپذیر است و منجر به کاهش ظرفیت و در نهایت، تخریب باتری می گردد.

مطالعات اولیه نشان داده بودند که اتلاف منگنز می تواند در فصل مشترک با الکترولیت رخ دهد و یا همراه با گذار فازی باشد، اما در واقع عامل و محرک آن مشخص نبود. نتایج جدید نشان دادند که اتلاف منگنز در هر قسمتی از ماده که هیدروژن موجود باشد می تواند رخ دهد. زیرا اتم های هیدروژن بسیار کوچک و فعال هستند و هیدروژن آلاینده ای رایج در مواد است. هم اکنون که اثر زیانبار آن مشخص شده است، اندازه گیری‌ها می تواند در حین ساخت و بسته بندی باتری‌ها به منظور جلوگیری از ورود هیدروژن انجام شود که باید منجر به کارایی بهتر گردد.

باتری‌های لیتیوم یون موجود نیز ممکن است متحمل اثرات زیانبار ناشی از ورود ناخواسته هیدروژن باشند هر چند که ممکن است باتری‌های لیتیوم یون نسبت به هیدروژن مقاوم تر باشند. همچنین روش‌های ساخت در باتری‌های لیتیوم یون به مقدار بیشتری پیشرفت کرده است که نگرانی نسبت به ورود هیدروژن به باتری را کاهش می‌دهد.

منبع:www.sciencedaily.com

مترجم: محسن کریم پور
ویراستار: حسین جعفری پور