دانشمندان دانشگاه ساری پیشرفتی در زمینه باتری های سازگار با محیط زیست داشته اند که نه تنها انرژی بیشتری ذخیره می کنند، بلکه می توانند به مقابله با انتشار گازهای گلخانه ای نیز کمک کنند. باتری های لیتیوم-CO2 “تنفس” انرژی آزاد می کنند در حالی که دی اکسید کربن را جذب می کنند، جایگزین سبزتری ارائه می دهند که روزی می تواند از باتری های لیتیوم یون امروزی بهتر عمل کند.
تا به حال، باتری‌های لیتیوم-CO2 با مشکلاتی در عملکرد روبرو بوده‌اند – آنها به سرعت فرسوده می‌شوند، شارژ نمی‌شوند و به مواد کمیاب گران قیمت مانند پلاتین متکی هستند. با این حال، محققان در ساری راهی برای غلبه بر این مشکلات با استفاده از یک کاتالیزور ارزان به نام سزیم فسفومولیبدات (CPM) یافته اند. با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری و آزمایش‌های آزمایشگاهی، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این تغییر ساده به باتری اجازه می‌دهد تا انرژی بیشتری ذخیره کند، با انرژی بسیار کمتر شارژ شود و بیش از 100 چرخه کار کند.
این مطالعه که در Advanced Science منتشر شده است، گامی امیدوارکننده به سمت برنامه های کاربردی در دنیای واقعی است. اگر این باتری‌ها تجاری شوند، می‌توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه و منابع صنعتی کمک کنند – و دانشمندان حتی تصور می‌کنند که می‌توانند روی مریخ کار کنند، جایی که اتمسفر آن 95٪ CO2 است.
دکتر سیدارت گادکاری، مدرس مهندسی فرآیند شیمی در دانشگاه سوری و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت:
نیاز روزافزونی به راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی وجود دارد که از پیگیری ما برای انرژی‌های تجدیدپذیر حمایت می‌کند و در عین حال تهدید فزاینده تغییرات آب و هوایی را مورد توجه قرار می‌دهد.
“یکی از بزرگترین چالش‌های این باتری‌ها چیزی به نام “افرادی” است – انرژی اضافی مورد نیاز برای انجام واکنش. شما می‌توانید آن را دوچرخه سواری در سربالایی قبل از صعود در نظر بگیرید. آنچه ما نشان داده‌ایم این است که CPM از آن تپه خارج می‌شود، به این معنی که باتری در طول هر بار شارژ و تخلیه انرژی بسیار کمتری از دست می‌دهد.”
برای درک اینکه چرا CPM اینقدر خوب کار می کند، تیم هایی از دانشکده شیمی و مهندسی شیمی Surrey و موسسه فناوری پیشرفته از دو رویکرد استفاده کردند. ابتدا باتری را پس از شارژ و دشارژ کردن جدا کردند تا تغییرات شیمیایی داخل آن را بررسی کنند. این آزمایش‌های پس از مرگ نشان داد که کربنات لیتیوم، ترکیبی که هنگام جذب CO2 توسط باتری ایجاد می‌شود، می‌تواند به طور قابل اعتمادی جمع‌آوری و حذف شود – یک ویژگی ضروری برای استفاده طولانی مدت.
آنها سپس به مدل‌سازی رایانه‌ای با استفاده از نظریه تابعی چگالی (DFT) روی آوردند، که به محققان اجازه می‌دهد تا چگونگی ایجاد واکنش‌ها در سطح ماده را مطالعه کنند. نتایج نشان داد که چگونه ساختار متخلخل و پایدار CPM سطح ایده‌آلی را برای واکنش‌های شیمیایی کلیدی ارائه می‌دهد.
دکتر دانیل کوماندور، محقق آینده در دانشگاه ساری و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت:
“آنچه در مورد این کشف هیجان انگیز است این است که عملکرد قوی را با سادگی ترکیب می کند. ما نشان داده ایم که ساخت باتری های لیتیوم-CO2 کارآمد با استفاده از مواد مقرون به صرفه و مقیاس پذیر امکان پذیر است – به فلزات کمیاب نیاز نیست. یافته های ما همچنین راه را برای طراحی کاتالیزورهای بهتر در آینده باز می کند.”
این کشف درهای جدیدی را به روی توسعه مواد باتری ارزان تر و با تولید آسان باز می کند. با تحقیقات بیشتر در مورد نحوه تعامل این کاتالیزورها با الکترودها و الکترولیت ها، باتری های لیتیوم-CO2 می توانند راهی عملی و مقیاس پذیر برای ذخیره انرژی پاک شوند و در عین حال به کاهش کربن در جو کمک کنند.
