اخبار صنعت

ایجاد اختلال در باتری ایده آل: ساختار نامتقارن اما بسیار متقارن

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، فیزیک مولکولی ، دانشگاه ژنو
توسط دانشگاه ژنو 12 اکتبر 2020



سطح سه بعدی انتشار یون سدیم در کریستال هیدروبورات این ماده جدید یک ساختار نامتقارن و در عین حال بسیار متقارن را ایجاد می کند و به این ترتیب حرکت سدیم قابل مقایسه با لیتیوم در باتری تجاری است. اعتبار: © UNIGE/Brighi

تولید باتری های ایمن تر و قوی تر که از منابع پایدار ژئوپلیتیک استفاده می کنند ، نیازمند الکترولیت های جامد و جایگزینی لیتیوم با سدیم است. در حال حاضر یک راه حل شیمیایی به توسعه دهندگان باتری ارائه می شود.

باتری های لیتیومی که دستگاه های الکترونیکی و خودروهای برقی ما را تغذیه می کنند دارای اشکالاتی هستند. الکترولیت - محیطی که الکترونها و بارهای مثبت را قادر می سازد بین الکترودها حرکت کنند - یک مایع قابل اشتعال است. علاوه بر این ، لیتیوم ساخته شده از آنها یک منبع محدود است که تمرکز اصلی مسائل ژئوپلیتیک عمده است.

متخصصان کریستالوگرافی در دانشگاه ژنو (UNIGE) یک الکترولیت جامد غیرقابل اشتعال و قابل اشتعال ایجاد کرده اند که در دمای اتاق کار می کند. به جای لیتیوم ، سدیم - که در همه جای زمین یافت می شود - را منتقل می کند. این یک ترکیب برنده است که همچنین به این معنی است که امکان تولید باتری های قوی تر وجود دارد.

خواص این باتری های "ایده آل" بر اساس ساختار بلوری الکترولیت ، هیدروبورات متشکل از بور و هیدروژن است. تیم تحقیقاتی UNIGE یک جعبه ابزار واقعی در مجله Cell Reports Physical Science منتشر کرده است که حاوی استراتژی تولید الکترولیت های جامد برای توسعه دهندگان باتری است.

چالش ذخیره انرژی برای ابتکارات پایداری عظیم است. در واقع ، توسعه خودروهای برقی که گازهای گلخانه ای منتشر نمی کنند ، به وجود باتری های قوی و ایمن بستگی دارد ، همانطور که توسعه انرژی های تجدیدپذیر - خورشید و باد - بستگی به ظرفیت ذخیره انرژی دارد. باتری های لیتیومی پاسخ فعلی این چالش ها هستند. متأسفانه لیتیوم به الکترولیت های مایع نیاز دارد که در صورت نشت بسیار منفجره هستند. لیتیوم در همه جای زمین یافت نمی شود و مسائل ژئوپلیتیکی مشابه نفت اطراف ایجاد می کند. فابریزیو مورگیا ، فوق دکترا در دانشکده علوم UNIGE ، معتقد است که سدیم نامزد مناسبی برای جایگزینی آن است ، زیرا دارای خواص شیمیایی و فیزیکی نزدیک به لیتیوم است و در همه جا یافت می شود.

دمای خیلی بالا

دو عنصر - سدیم و لیتیوم - در جدول تناوبی نزدیک یکدیگر هستند. مشکل این است که سدیم سنگین تر از پسر عموی خود لیتیوم است. ماتئو بریگی ، فوق دکتری در UNIGE و اولین نویسنده این مطالعه ، می افزاید: این بدان معناست که در الکترولیت باتری راه ندارد. بر این اساس ، نیاز به توسعه الکترولیت هایی با قابلیت انتقال کاتیون هایی مانند سدیم وجود دارد. در سالهای 2013 و 2014 ، گروههای تحقیقاتی ژاپنی و آمریکایی هیدروبوراتها را به عنوان رسانای سدیم خوب در دمای 120 درجه سانتی گراد شناسایی کردند. در نگاه اول ، این درجه حرارت بیش از حد برای استفاده روزمره از باتری است ، اما موهبت الهی برای آزمایشگاه ژنو!
کریستالوگراف های ژنو با دهه ها تخصص در زمینه هیدروبورات ها در کاربردهایی مانند ذخیره هیدروژن ، روی کاهش دمای رسانایی کار کردند. نتایج بسیار خوبی با خواص عالی سازگار با باتری به دست آوردیم. ما موفق شدیم از هیدروبورات ها به عنوان الکترولیت از دمای اتاق تا 250 درجه سانتیگراد بدون هیچ گونه مشکل ایمنی استفاده کنیم. علاوه بر این ، آنها در برابر اختلافات بالقوه بیشتر مقاومت می کنند ، به این معنی که باتری ها می توانند انرژی بیشتری ذخیره کنند.

راه حل: اختلال

کریستالوگرافی - علمی که بین کانی شناسی ، فیزیک و شیمی قرار دارد - برای تجزیه و تحلیل و درک ساختار مواد شیمیایی و پیش بینی خواص آنها استفاده می شود. به لطف کریستالوگرافی ، امکان طراحی مواد وجود دارد. این رویکرد کریستالوگرافی است که برای اجرای استراتژی های تولید منتشر شده توسط سه نفر از محققان مستقر در ژنو استفاده شد. مورگیا می گوید: "مقاله ما نمونه هایی از ساختارهایی را ارائه می دهد که می توانند برای ایجاد و ایجاد اختلال در هیدروبورات ها مورد استفاده قرار گیرند." ساختار هیدروبورات ها اجازه می دهد تا کره هایی از بور و هیدروژن با بار منفی پدیدار شوند. این فضاهای کروی فضای کافی برای عبور یون های سدیم با بار مثبت باقی می گذارد. با این وجود ، با توجه به اینکه بارهای منفی و مثبت یکدیگر را جذب می کنند ، ما نیاز به ایجاد اختلال در ساختار برای ایجاد اختلال در هیدروبورات ها و اجازه حرکت سدیم داریم.

مرجع: los € los نمکهای سدیم کلوزو هیدروبورات به عنوان یک کلاس در حال ظهور از الکترولیتهای جامد در دمای اتاقâ توسط ماتئو بریگی ، فابریزیو مورگیا و رادوانان ÄŒرنا ، 7 اکتبر 2020 ، Cell Reports Physical Science.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100217

این مقاله یک مجموعه ابزار است که برای توسعه دهندگان باتری طراحی شده است. این باید نسل جدیدی از باتری ها را ایجاد کند که پایدارتر و قوی تر هستند. سوئیس به دلیل همکاری نزدیک بین UNIGE و EMPA در Dübendorf ، دارای تخصص اصلی است. این دو موسسه در حال حاضر بر روی ساخت یک باتری سدیم جامد 4 ولت کار می کنند که قوی تر از 3 ولت عرضه شده در سال 2019 است. یک محصول معتبر ساخت سوئیس!