باتری‌های روی-هوا رقیبی جدید برای باتری‌های لیتیومی

یک تیم در دانشگاه سیدنی، کاتالیست‌های جدیدی را از عناصر فراوان بر روی زمین ایجاد کردند که به واسطه آن‌ها باتری‌های “روی- هوا” قابل شارژ می‌توانند با باتری‌های لیتیوم -یون در دستگاه‌های تلفن همراه رقابت کنند.

به نقل از گیزمگ، باتری‌های روی -هوا دارای تراکم انرژی بالا بوده و از برخی مواد رایج موجود در زمین ساخته شده اند. اما در مقابل تمام این مزایا، چگونگی شارژ مجدد این سلول‌ها یک مشکل محسوب می‌شود.

باتری‌های روی-هوا(Zinc–air battery) گونه‌ای از باتری‌های اولیه هستند که در آن از واکنش فلز روی با اکسیژن هوا، جریان الکتریکی تولید می‌شود. این سلول الکتروشیمیایی فلز–هوا با نام پیل سوختی روی-هوا نیز معروف است.

واکنش شیمیایی که باتری‌های روی -هوا را به تولید برق وامی‌دارد، از هوای اطراف سلول می‌آید. آنها اساسا از اکسیژنی استفاده می‌کنند که با کاتد کربن تعامل کرده تا هیدروکسیل تولید کنند، که این هیدروکسیل به نوبه خود با یک آند روی برای ایجاد جریان الکتریکی تعامل می‌کند.

استفاده از هوا به عنوان یک واکنشگر به باتری اجازه می‌دهد تا روی بیشتری انباشته و تراکم انرژی را افزایش دهد و در نهایت باتری را نسبتا سبک و ایمن کند.

اما مشکل این است هنگامی که آند روی اکسید شده است، کاربرد زیادی نخواهد داشت. این باتری‌ها می‌توانند با جایگزینی کامل اجزاء روی و یا با استفاده از الکتروکاتالیست‌های ساخته شده از مواد معدنی کمیاب به صورت مکانیکی “شارژ” شوند، موادی که باعث کاهش اکسیژن در هنگام تخلیه باتری و تولید آن(اکسیژن) در هنگام شارژ می‌شوند.

“یوان چن”، نویسنده اصلی این پژوهش می‌گوید: “تاکنون باتری‌های روی-هوای قابل شارژ با کاتالیزورهای گران قیمت فلزات مانند پلاتین و اکسید ایریدیوم ساخته شده اند.”

وی افزود:”اما در مقابل، روش ما خانواده ای از کاتالیزورهای با کارایی بالا و ارزان قیمت را تولید می‌کند.”

محققان برای ایجاد الکتروکاتالیست‌های جدید خود، اکسیدهای فلزی را از عناصر رایج مانند آهن، کبالت و نیکل ساخته اند. روش جدید تولید آنها، کارآیی را با کنترل دقیق ترکیب و اندازه‌گیری و بلورینگی(crystallinity) این اکسیدهای فلزی بالا برده و از نتیجه نهایی می‌توان برای ساخت باتری‌های روی -هوا قابل شارژ سبک تر استفاده کرد.

این گروه برای آزمایش باتری‌های جدید خود، آنها را 60 بار در 120 ساعت شارژ و تخلیه کردند و متوجه شدند که این سلول‌ها در فرآیند شارژ و تخلیه شارژ، تنها کمتر از 10 درصد از کارایی خود را از دست دادند. این بدان معناست که آنها هنوز هم همانند پیشکسوتان لیتیوم-یونی خود نیستند، اما گزینه‌های ارزان و آسان‌تری برای تولید محسوب می‌شوند.

این پژوهش در مجله Advanced Materials منتشر شده است.