فناوری جدید آلومینیوم-یونی می‌تواند عمر باتری گوشی را به ۳۰ سال برساند!
نسل جدید باتری‌های آلومینیوم-یون با قابلیت حفظ ۹۹ درصد ظرفیت پس از ۱۰ هزار چرخه شارژ، نویدبخش انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی است. این فناوری با طول عمر ۳۰ ساله، ایمنی بالا و قابلیت بازیافت، می‌تواند جایگزین مناسبی برای باتری‌های لیتیوم-یون در دستگاه‌های مختلف و سیستم‌های ذخیره انرژی تجدیدپذیر باشد.
تبلیغات
دنیای ذخیره‌سازی انرژی همواره به دنبال راهکارهای نوین و کارآمدتر بوده است. در این راستا، پژوهشگران نوع جدیدی از باتری آلومینیوم-یون (Al-ion) را توسعه داده‌اند که می‌تواند سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را به طور کلی متحول کند. این دستاورد بزرگ، به ویژه برای غلبه بر محدودیت‌های باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) فعلی، از اهمیت بسزایی برخوردار است.
یکی از بزرگترین چالش‌های باتری‌های لیتیوم-یون، کاهش ظرفیت آنها با گذشت زمان و استفاده مکرر است. اما فناوری جدید باتری آلومینیوم-یون، این مشکل را به طور چشمگیری حل کرده است. بر اساس نتایج تحقیقات، این باتری پس از ۱۰ هزار چرخه شارژ و دشارژ، همچنان ۹۹ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کند. این میزان پایداری، نویدبخش عمر طولانی‌تر و عملکرد بهتر باتری در طول زمان است.
این پیشرفت چشمگیر، تا حد زیادی ناشی از طراحی حالت جامد باتری آلومینیوم-یون است. در باتری‌های حالت جامد، به جای استفاده از الکترولیت مایع، از یک ماده جامد رسانا استفاده می‌شود. این امر نه تنها ایمنی باتری را افزایش می‌دهد، بلکه از بروز مشکلاتی مانند تخریب ساختار الکترودها و کاهش ظرفیت باتری نیز جلوگیری می‌کند.
وی وانگ، یکی از محققان ارشد در تیم طراحی این باتری جدید، در این باره می‌گوید: "طراحی جدید باتری Al-ion، پتانسیل بالایی برای ایجاد یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی طولانی‌مدت، مقرون‌به‌صرفه و با ایمنی بسیار بالا را نشان می‌دهد. علاوه بر این، قابلیت بازیابی و بازیافت مواد کلیدی مورد استفاده در ساخت این باتری، آن را به یک گزینه پایدارتر و سازگار با محیط زیست تبدیل می‌کند."
عمر باتری ۳۰ ساله: رؤیایی دست یافتنی؟
حفظ ۹۹ درصد ظرفیت باتری پس از ۱۰ هزار چرخه شارژ، به معنای عمر باتری بسیار طولانی است. برای درک بهتر این موضوع، می‌توان آن را با باتری‌های لیتیوم-یون مقایسه کرد. اکثر باتری‌های Li-ion پس از ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ چرخه شارژ و دشارژ، دچار کاهش شدید ظرفیت می‌شوند و معمولاً بین ۲ تا ۳ سال در استفاده روزانه دوام می‌آورند. در مقابل، باتری al-ion می‌تواند تقریباً ۳۰ سال نزدیک به ظرفیت اولیه خود باقی بماند، البته اگر روزی یک بار شارژ شود. این عمر طولانی باتری، می‌تواند یک تحول اساسی در صنعت فناوری و به ویژه در عرصه دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل باشد.
تصور کنید که تلفن همراه شما دارای باتری باشد که بیشتر از خود دستگاه عمر کند. در این صورت، دیگر نیازی به تعویض باتری نخواهید داشت و می‌توانید سال‌ها از تلفن همراه خود بدون نگرانی از کاهش ظرفیت باتری استفاده کنید. البته، این موضوع می‌تواند چالش‌هایی را نیز به همراه داشته باشد. برای مثال، ممکن است کاربران پس از مدتی تلفن همراه خود را به دلیل قدیمی شدن سایر قطعات آن تعویض کنند، در حالی که باتری آن همچنان سالم و قابل استفاده باشد. با این حال، باتری Al-ion به طور کلی برای دستگاه‌هایی که قرار است دهه‌ها دوام داشته باشند، مانند تجهیزات پزشکی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خانگی و صنعتی، و حتی خودروهای الکتریکی، بسیار مناسب‌تر خواهد بود.
نقشی کلیدی در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر
با افزایش استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد، نیاز به راه‌حل‌های ذخیره‌سازی کارآمد انرژی نیز افزایش یافته است. باتری‌های Li-ion معمولی به دلیل مشکلاتی مانند هزینه‌های تولید بالا، خطرات آتش‌سوزی و کاهش طول عمر، برای استفاده در مقیاس بزرگ و در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر، چندان مناسب نیستند. در این میان، باتری‌های Al-ion با هزینه کمتر و دوام بیشتر، می‌توانند گزینه بسیار خوبی باشند.
این باتری جدید، بسیاری از مشکلات فناوری آلومینیوم-یون قدیمی را برطرف کرده است. این باتری نه تنها مشکلات عملکرد رایج باتری‌های آلومینیوم-یون را حل می‌کند، بلکه خطرات ناشی از استفاده از الکترولیت‌های مایع را نیز کاهش می‌دهد. تیم تحقیقاتی با استفاده از یک الکترولیت حالت جامد تثبیت شده با یک نمک آلی ورودی، به این موفقیت دست یافته است. این ارتقاء، پایداری باتری را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و از خوردگی، که یکی از مشکلات رایج در طرح‌های قبلی باتری‌های آلومینیوم-یون بود، جلوگیری می‌کند.
برای بهبود عملکرد و افزایش طول عمر باتری، محققان از یک افزودنی به نام فلورومتیلن کربنات استفاده کردند. این ماده، یک لایه محافظ روی الکترودها تشکیل می‌دهد و از تشکیل کریستال‌های مضر آلومینیوم که می‌توانند به ساختار الکترودها آسیب برسانند، جلوگیری می‌کند.
مقاومت بی‌نظیر در شرایط مختلف
این باتری در طول آزمایشات مختلف، مقاومت بسیار بالایی از خود نشان داد. این باتری در برابر رطوبت بسیار مقاوم بود و پایداری فیزیکی و حرارتی خود را حتی در شرایط سخت حفظ کرد. نکته جالب توجه این است که این باتری حتی در دماهای بالا تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز به خوبی کار می‌کند و دچار اختلال در عملکرد نمی‌شود. علاوه بر این، باتری Al-ion بدون کاهش عملکرد، در برابر تنش مکانیکی مکرر نیز مقاومت بالایی از خود نشان داد.
یکی از مزایای بزرگ این باتری، قابلیت بازیافت آن است. بخش بزرگی از نمک آلی مورد استفاده در ساخت این باتری را می‌توان به راحتی بازیابی و دوباره استفاده کرد. این امر، باتری Al-ion را به یک گزینه پایدارتر و دوستدار محیط زیست در مقایسه با سایر باتری‌های موجود تبدیل می‌کند.
آینده‌ای روشن در انتظار ذخیره‌سازی انرژی
باتری آلومینیوم-یون جدید، ارتقاءهای متعددی را به همراه دارد که صنعت ذخیره‌سازی انرژی به شدت به آنها نیاز دارد. این باتری با طول عمر بیشتر، ایمنی بهتر و کاهش اثرات زیست‌محیطی، گامی بزرگ به جلو در این صنعت محسوب می‌شود. با توسعه روزافزون انرژی‌های تجدیدپذیر، این فناوری می‌تواند نقش کلیدی در گذار به سیستم‌های برق پاک‌تر، کارآمدتر و پایدارتر ایفا کند.
این فناوری با رفع نواقص و محدودیت‌های باتری‌های لیتیوم-یون، راهکاری قوی و مطمئن برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس‌های مختلف ارائه می‌دهد و به ایجاد آینده‌ای سبز و پایدار کمک می‌کند. با این حال، هنوز مشخص نیست که این باتری چه زمانی به مرحله تولید انبوه می‌رسد و در دستگاه‌های واقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تا آنجا که می‌دانیم، این باتری هنوز در دست توسعه و تحقیق است و برای تجاری‌سازی آن به زمان بیشتری نیاز است. با این وجود، پتانسیل بالای این فناوری و نتایج امیدوارکننده آزمایش‌ها، نویدبخش آینده‌ای روشن برای ذخیره‌سازی انرژی است.
