صابون ممکن است راز باتری های بادوام تر باشد

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که کلید ماندگاری طولانی‌تر باتری‌ها را می‌توان در نحوه عملکرد صابون یافت.

برای مثال شستن دست را در نظر بگیرید. هنگامی که شخصی دست های خود را با صابون می شویند، صابون ساختارهایی به نام میسل تشکیل می دهد که وقتی با آب شسته می شوند، چربی، کثیفی و میکروب ها را به دام می اندازند و از بین می برند. صابون این کار را انجام می دهد زیرا به عنوان پلی بین آب و آنچه در حال تمیز کردن است عمل می کند، آنها را به هم متصل می کند و آنها را در این ساختارهای میسلیوم می پیچد.

همانطور که در گزارش شده است مواد طبیعیمحققان روند مشابهی را مشاهده کردند که به یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد برای طراحی طولانی‌تر تبدیل شده است. باتری های لیتیومی– نوع جدیدی از الکترولیت به نام الکترولیت با غلظت بالا موضعی.

محققان در مقاله خود پیشنهاد می‌کنند که این درک جدید از نحوه عملکرد این فرآیند می‌تواند قطعه گمشده برای باز کردن کامل درهای این بخش فناوری در حال ظهور باشد.

یوه چی، استاد دانشکده مهندسی دانشگاه براون، می گوید: «تصویر بزرگ این است که ما می خواهیم چگالی انرژی باتری ها را بهبود بخشیده و افزایش دهیم، به این معنی که باتری ها چقدر انرژی در هر چرخه ذخیره می کنند و باتری چند چرخه دوام می آورد.

برای انجام این کار، مواد درون باتری‌های سنتی باید تغییر کنند تا باتری‌هایی با عمر طولانی که انرژی بیشتری را ذخیره می‌کنند، به واقعیت تبدیل شوند – باتری‌هایی را در نظر بگیرید که می‌توانند یک تلفن را برای یک هفته یا بیشتر تغذیه کنند، یا وسایل نقلیه الکتریکی که 500 مایل را طی می کنند.’

دانشمندان فعالانه در حال کار برای تغییر به باتری های ساخته شده از فلز لیتیوم هستند زیرا ظرفیت ذخیره انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتری های لیتیوم یونی امروزی دارند.

نگهدارنده الکترولیت های سنتی هستند که یکپارچه هستند زیرا اجازه می دهند یک بار الکتریکی از بین دو پایانه باتری عبور کند و واکنش الکتروشیمیایی مورد نیاز برای تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده به انرژی الکتریکی را آغاز کند. الکترولیت های باتری لیتیوم یون سنتی که اساساً از نمک کم غلظت حل شده در یک حلال مایع ساخته شده اند، این کار را به طور موثر در باتری های مبتنی بر فلز انجام نمی دهند.

دانشمندان در آزمایشگاه ملی آیداهو و آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، الکترولیت های محلی بسیار متمرکز را برای مقابله با این چالش ایجاد کردند. آنها با مخلوط کردن غلظت های بالای نمک در یک حلال با مایع دیگری به نام رقیق کننده ساخته می شوند که باعث می شود الکترولیت بهتر شود تا قدرت باتری حفظ شود.

تاکنون در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این نوع جدید الکترولیت نتایج امیدوارکننده‌ای را نشان داده است، اما نحوه عملکرد و چرایی آن هرگز به‌طور کامل شناخته نشده است – نشان می‌دهد که چقدر می‌تواند موثر باشد و چگونه می‌تواند بیشتر توسعه یابد. این چیزی است که مطالعه جدید به رفع آن کمک می کند.

این مقاله یک نظریه واحد در مورد اینکه چرا این الکترولیت بهتر کار می کند ارائه می دهد و درک کلیدی از آن با یافتن این موضوع حاصل شد. ساختارهای میسل مانند بن لی، دانشمند ارشد در آزمایشگاه ملی اوک ریج که روی این مطالعه کار می کرد، گفت: در داخل آن الکترولیت شکل می گیرد – مانند صابون.

در اینجا می بینیم که نقش صابون یا سورفکتانت توسط حلال ایفا می شود که هم رقیق کننده و هم نمک را به هم متصل می کند و به دور نمک با غلظت بالاتر در مرکز میسل می پیچد.

با درک این موضوع، محققان توانستند نسبت ها و غلظت های مورد نیاز برای دستیابی به واکنش های بهینه برای باتری ها را تجزیه کنند. این باید به حل یکی از اصلی ترین نقاط چسبندگی در طراحی این الکترولیت، یعنی یافتن تعادل مناسب برای سه ماده کمک کند.

در واقع، این کار نه تنها راهنمایی بهتری برای ایجاد الکترولیت‌های محلی با غلظت بالا که کار می‌کنند، بلکه برای ایجاد الکترولیت‌هایی که حتی کارآمدتر عمل می‌کنند نیز ارائه می‌کند.

محققان آزمایشگاه ملی آیداهو این نظریه را عملی کردند. با انجام این کار، آنها دریافتند که این نظریه تا کنون پابرجاست و به افزایش عمر کمک می کند باتری های لیتیوم فلزی.

این تیم هیجان‌زده است که ببیند چه طرح‌هایی برای الکترولیت‌های محلی و با غلظت بالا از کار آنها حاصل می‌شود، اما می‌دانند که پیشرفت قابل توجهی برای غلبه بر موانع در طراحی الکترولیت‌ها برای باتری‌های با چگالی بالا باقی مانده است. در حال حاضر، آنها سرگرم هستند که راز ممکن است در چیزی ساده و پیش پا افتاده مانند صابون باشد.

چی می گوید: مفهوم میسل ممکن است برای الکترولیت جدید باشد، اما در واقع در زندگی روزمره ما بسیار رایج است. اکنون ما یک تئوری داریم و دستورالعمل هایی برای به دست آوردن فعل و انفعالات مورد نظر از نمک، حلال و رقیق کننده در الکترولیت، و غلظت آنها و نحوه مخلوط کردن آنها داریم.”

Corey M. Efaw از آزمایشگاه ملی آیداهو و Qisheng Wu، محقق ارشد در دانشکده مهندسی براون، نویسندگان اصلی این مطالعه هستند.

سایر همکاران از دانشگاه ایالتی بویز، آزمایشگاه ملی بروکهاون و دانشگاه واشنگتن هستند. ناسا بودجه کار تئوری را در براون تامین کرد. کنسرسیوم Battery500 وزارت انرژی ایالات متحده بودجه این کار آزمایشی را تامین کرد.

منبع: دانشگاه براون