اقتصاد دانش بنیان

محققان در حال جست وجو هستند

 يک پروژه تحقيقاتي جديد با همکاري سازمان ملي علوم سوئيس، دانشگاه ژنو و موسسه تحقيقات فيزيک هسته اي لهستان با هدف يافتن موادي جديد براي استفاده در باتريهاي قابل شارژ که در نهايت بتوانند به عنوان جايگزين باتريهاي ليتيومي موجود ظاهر شوند، در اين کشور (سوئيس) در حال اجراست. باتريهاي ليتيومي معايبي دارند، مانند محدوديت در دسترسي مواد خام براي تهيه آنها در کنار مجموعه اي از نواقص مرتبط با امنيت کاربر که در درجه نخست با خطر آتش گرفتن مواد مايع آتشگير به کاررفته در باتري درهم آميخته، اين مشکل بارها و بارها در سراسر دنيا به صورت انفجار يا آتش گرفتن گوشيهاي تلفن همراه ديده شده است.

مطالعه اخير به مديريت دکتر آرند رمهوف، عضو مجموعه آزمايشگاههاي فدرال مواد و فناوري سوييس، پتانسيل استفاده از سديم و منيزيم را در ابداع فناوريهاي جايگزين بر پايه اجزاي جامد را نشان داده و تيم مطالعاتي نسخه هاي آزمايشي باتري را براساس اين مواد طراحي کرده و ساخته اند.

تغيير در مواد

محققان سوئيسي سلولهاي جامد باتري را به کمک اجزاي جامد (برعکس سلولهايي که بر پايه استفاده از الکتروليتهاي مايع ساخته ميشوند) توسعه دادند. طراحي اين باتري چالش تکنيکي بزرگي بود. يونها بدون در نظر گرفتن ماهيتشان، ليتيومي، سديمي يا منيزيمي بايد بتوانند در محيطي جامد حرکت کنند. با حرکت از يک قطب به قطب ديگر در داخل باتري، يونها (بارهاي مثبت) جابهجايي الکترونها يا همان بارهاي منفي را تسهيل ميکنند و بنابراين سبب ايجاد جريان الکتريکي در يک مدار خارجي ميشوند.

براي بهبود جابه جايي يونها، محققان الکتروليتهاي جامد را توسعه دادهاند که ساختاري کريستالي دارند. با جايگزيني ليتيوم با سديم يا منيزيم، تيم دکتر رمهوف بايد معماري کريستالي را به صورت پايهاي تغيير ميدادند و از اجزا و فرايند ساخت جديدي بهره ميبردند. دکتر رمهوف ميگويد: «من هميشه علاقه مندم که کارمان را با مربيهاي فوتبال مقايسه کنم. شما ميتوانيد بهترين عناصر را در کنار يکديگر به کار بگيريد، اما اگر همه شرايط را بهينه سازي نکنيد، نميتوانيد نتايج خوبي به دست آوريد.»

سديم، مادهاي ارزان

تيم مطالعاتي الکتروليتهاي سديم جامد را طراحي کردند که سبب تسهيل خوب يونهاي سديم در 20 درجه سانتيگراد ميشوند. اين نکته آخر بسيار حياتي است. يونها نياز به يک منبع گرمايي براي حرکت دارند و القاي واکنش در دماي اتاق، چالشي تکنيکي است. الکتروليت آتشگير نيست و تا 300 درجه سانتيگراد ثبات نشان ميدهد که راهحلي براي مشکلات خطرساز بودن باتريهاي ليتيومي به حساب ميآيد. تيمي در دانشگاه ژنو به مديريت دکتر هانس هاگمن در حال همکاري با اين پروژه است تا فناوري ارزانتري براي توليد اين الکتروليتهاي جديد جامد بيابد. برخلاف ليتيوم، سديم از منابع بسيار عظيمي در دنيا برخوردار است. سديم يکي از اجزاي نمک خوراکي است که همه جا در دسترس است. ميزان دسترسي نکته کليدي براي توسعه فناوري جديد باتري است. اگرچه سديم قادر به ذخيره سازي ميزان کمتري انرژي در مقايسه با ليتيوم است و ميتوان ثابت کرد که اگر قرار باشد اندازه باتريهاي جايگزين بزرگتر شود، اين مسئله نيز به مشکل بزرگتري تبديل ميشود.

منيزيم، کامل اما پيچيده

تيم مطالعاتي دانشگاه ژنو، الکتروليت جامد بر پايه منيزيم هم توسعه داده که تاکنون مطالعات بسيار کمي در اين زمينه انجام گرفته است. اين حقيقت که استفاده از اين عنصر بسيار دشوار ارزيابي شده، به معناي جذابيت پايين تر آن نيست. اين فلز به فراواني يافت ميشود، سبک است و احتمال انفجار آن کم در نظر گرفته ميشود؛ اما از همه مهمتر يون منيزيم دو بار مثبت دارد که دو برابر ليتيوم است و به صورت پايه اي به اين معناست که ميتواند حداقل در حجم برابر، دو برابر انرژي ذخيره کند.برخي الکتروليتهاي آزمايشي، مورد بررسي قرار گرفته اند که در آنها سعي شده حرکت يونهاي منيزيمي تحريک شود، اما در دماهايي بيش از 400 درجه سانتيگراد. الکتروليتي که به وسيله تيم تحقيقاتي سوئيسي به کار گرفته شد، هدايت الکتريکي را در 70 درجه سانتيگراد ثبت کرد که قدمي اساسي و مدرکي براي اثبات طرح مفهومي امکان پذيري چنين باتريهايي به حساب ميآيد، اما هنوز تا نمونه هاي واقعي که کارکرد داشته باشند فاصله زيادي وجود دارد، اگرچه قدمهاي اوليه برداشته شدهاند. دکتر رمهف ميگويد: «آنچه ما در طي دو سال انجام داديم، موفقيت بزرگي براي توسعه باتريهاي جديد و امن آينده است.» 

منبع: مجله دانش بنیان