ساخت باتری یون سدیم؛ باتری که میتواند جانشین باتری های لیتیومی شود

محققان دانشگاه استفنورد موفق به ساخت باتری‌هایی از یون سدیم شده‌اند که در قیاس با باتری‌های لیتیومی، بسیار ارزان‌تر هستند.

این باتری‌های جدید می‌توانند جایگزین ارزان‌تر برای لیتیوم، بدون به خطر انداختن عملکرد باشند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر درمورد باتری های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر لینک در اختیار شماست.

مقدمه:

امروزه صنایع الکترونیک و وسایل نقلیه الکتریکی پیشرفت زیادی نموده‌اند.

باتری‌ها به‌عنوان قلب وسایل نقلیه الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل نقش مهمی در زندگی روزمره دارند.

از هنگام اختراع باتری‌های لیتیوم یونی توسط گیلبرت نیوتون لوئیس در سال 1913 و سپس تجاری‌سازی آن‌ها در سال 1991 توسط شرکت سونی، تحقیقات زیادی روی این باتری‌ها انجام گرفته است.

بااین‌حال منابع لیتیوم محدود و ترکیبات آن گران‌قیمت و سمی هستند.

و از سوی دیگر احتمال انفجار و آتش‌سوزی در باتری‌های با آند لیتیومی نگرانی‌های جدی ایجاد کرده است.

لذا در سال‌های اخیر محققان به دنبال یافتن جایگزینی مناسب برای این سری از باتری‌ها بوده‌اند.

اخیراً فلز سدیم با توجه به خواص و ویژگی‌های نزدیک به فلز لیتیوم بسیار موردتوجه قرار گرفته است.

لذا باتری‌های سدیم یونی می‌توانند جایگزینی مناسب برای باتری‌های لیتیوم یونی باشند.

بااین‌وجود، مشکلاتی همچون سرعت شارژ پایین و دانسیته انرژی پایین‌تر مانع از تولید تجاری آن‌ها شده است.

فلز سدیم:

فلز سدیم، عنصری از جدول تناوبی با عدد اتمی 11 و نماد Na است. سدیم یک فلز قلیایی متعلق به گروه اول جدول تناوبی و تنها دارای یک تک الکترون در پوسته خارجی خود است. همچنین، سدیم فلزی نرم به رنگ سفید نقره‌ای و بسیار واکنش‌پذیر است.

این فلز در سال 1807 برای نخستین بار توسط هامفری دیوی با الکترولیز سدیم هیدروکسید به‌دست آمد.

سدیم آزاد در طبیعت موجود نیست و بایستی از ترکیبات آن آماده گردد.

سدیم به‌عنوان ششمین عنصر فراوان در پوسته زمین به شکل کانی هایی همچون فلدسپار، سودالیت و سنگ نمک موجود است.

همچنین سدیم عنصری حیاتی برای انسان، حیوانات و گیاهان به شمار می‌رود.

موقعیت فلز سدیم در جدول تناوبی

ژنان بائو، مهندس شیمی در این باره می‌گوید:

 شاید هیچ چیزی نتواند در کیفیت عملکرد با لیتیوم رقابت کند. از طرفی لیتیوم ماده‌ی بسیار کمیاب و پرهزینه‌ای است و ما نیاز به تولید باتری‌هایی با کارایی بالا، اما کم‌هزینه برپایه‌ی عناصر فراوانی مانند سدیم داریم.

علت مقرون به صرفه بودن آن

سدیم به کاررفته در باتری استنفورد، با ترکیبی به نام Myo-inositol پیوند می‌یابد؛ یک ترکیب ارگانیک در محصولات خانگی.

از آنجا که سدیم بسیار فراوان‌تر از لیتیوم است، میوآنزیتول را به‌راحتی می‌توانیم از سبوس برنج یا فرآورده‌های تولیدشده در فرآیند کاشت ذرت به دست آوریم.

بدین ترتیب مطمین خواهیم شد که روند تهیه‌ی آن مقرون به‌صرفه است.

 مقایسه باتری یون سدیم با سایر باتری ها:

با آنکه باتری‌های سدیم یونی ساختار و سازوکاری شبیه به باتری‌های لیتیوم یونی دارند اما سایز بزرگ‌تر سدیم نسبت به لیتیوم سبب کاهش راندمان و سرعت شارژ این باتری‌ها می‌گردد. بااین‌وجود، معرفی و بهینه سازی مواد الکترودی و الکترولیت‌های جدید توانسته است این نقایص را تا حدودی برطرف کند.

یکی از مزایای باتری‌های سدیم یونی نسبت به مهم‌ترین رقیب خود یعنی باتری‌های لیتیومی قیمت ارزان‌تر مواد به‌کاررفته در آن است. برای مثال استفاده از آلومینیم به‌عنوان جمع کننده جریان آند در باتری‌های لیتیومی به دلیل انجام واکنش نامطلوب مقدور نیست و لذا از مس استفاده می‌شود. این نگرانی در مورد باتری‌های سدیمی وجود ندارد و در صورت استفاده از آلومینیم می‌توان هزینه‌های تولید را کاهش داد.

 باتری‌های ارزان‌قیمت، کلیدی هستند

 توانایی دسترسی آسان به باتری عامل مهمی در انقلاب دنیای انرژی پاک است.

بسیاری از منابع تولید انرژی تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی و باد، به‌عوامل محیطی غیر قابل کنترل و غیر قابل پیش‌بینی وابسته هستند.

باتری‌ها اجازه می‌دهند انرژی اضافه در شرایط اوج تولید، ذخیره و در زمان‌های مورد نیاز استفاده شود.

این باتری ها می‌توانند به افزایش قابلیت‌های تجدیدپذیرکمک کنند.

به ویژه در مناطقی که هزینه‌های باتری‌های لیتیوم به‌عنوان مانع مالی مانع مسیرتوسعه اند.

 باتری ساخته‌شده در استنفورد هنوز راهی طولانی برای تجاری شدن در پیش دارد.

تجزیه‌وتحلیل تیم پژوهشی بر مقایسه‌های هزینه و عملکرد تمرکز یافته است.

با این حال، آن‌ها چگالی حجمی انرژی را در نظر نگرفته بودند؛ معیاری که نشانگر میزان بزرگی اندازه‌ی باتری‌های سدیم در قیاس با باتری‌های یون لیتیومی است.

 آن‌ها اطمینان دارند که طراحی‌شان درمورد باتری یون سدیم آینده از نمونه‌های اولیه بسیار بهتر و بهینه‌تر خواهد شد.

آینده و چالش های پیش رو

تحقیقات روی باتری‌های سدیمی، در طول 10 سال گذشته به‌شدت افزایش یافته است و هم‌اکنون یک رقابت بزرگ با باتری‌های لیتیوم یونی در جریان است.

در سال‌های اخیر میزان پژوهش بر روی باتری‌های سدیمی بیشتر از باتری‌های لیتیومی بوده است. همچنین تمام مطالعات و مکانیسم‌های بیان‌شده در باتری‌های لیتیوم یونی می‌تواند به‌طور موفقیت‌آمیز به مواد سدیمی انتقال یابد حتی اگر تعدادی از آن‌ها متفاوت باشند.

باتری‌های سدیم یونی چندین چالش عمده دارند، که تاکنون مانع از گسترش و تجاری‌سازی این‌گونه از باتری‌ها شده است. چالش‌های باتری‌های سدیم یونی عبارت‌اند از:

چگالی انرژی حجمی و وزنی پایین به دلیل دارا بودن پتانسیل ریداکس بالا
ایمنی و عمر چرخه‌ای کم
نرخ عملکردی پایین

لذا با بهینه سازی مواد موجود و رفع ایرادات اشاره‌شده، می‌توان به‌زودی شاهد ورود باتری‌های سدیم یونی به بازار وسایل الکترونیکی و سیستم‌های حمل‌ونقل الکتریکی باشیم.

منبع: zoomit، rahabattery

مهناز غلامی

Warning: date() expects parameter 2 to be int, string given in /home/bankba/domains/bankbattery.co/public_html/wp-content/themes/mweb-digiland-pro/templates/mweb_single_layout.php on line 143
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.