حل مشکل بزرگ باتری‌ها با پوست خرچنگ

به گزارش تابناک به نقل از مهر، باتری‌های لیتیومی برای ذخیره‌سازی انرژی تجدید پذیر در مقیاس انبوه نقش مهمی ایفا می‌کنند، اما تولید آن‌ها بسیار پرهزینه بوده و خطر آتش‌سوزی را نیز به همراه دارد. باتری‌های مبتنی بر روی یکی از جایگزین‌های مقرون‌به‌صرفه‌تر و ایمن‌تر هستند و یک بررسی جدید نشان می‌دهد پوسته‌های خرچنگ آنها را بسیار پایدارتر می‌کند.

انتظار می‌رود تقاضا برای ذخیره انرژی در ماه‌های آتی افزایش یابد، زیرا ما بیشتر به انرژی‌های تجدید پذیر و وسایل نقلیه الکتریکی برای حمل و نقل تکیه می‌کنیم. در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، به خوبی به ما کمک می‌کنند، اما جایگزین‌های دیگری نیز وجود دارند که عمر طولانی مدت بیشتری دارند.

استخراج لیتیوم گران است و با هزینه‌های زیست محیطی همراه است، و باتری‌هایی که از آن استفاده می‌کنند برای فرآیندهای بازیافت مناسب نیستند.

لیانگ‌بینگ هو، مدیر مرکز نوآوری مواد دانشگاه مریلند، می‌گوید: «مقدار زیادی باتری در حال تولید و مصرف است که احتمال بروز مشکلات زیست‌محیطی را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، جداکننده‌های پلی پروپیلن و پلی کربنات که به طور گسترده در باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌شوند، صدها یا هزاران سال طول می‌کشد تا تخریب شوند و محیط زیست را آلوده می‌کنند. روی در پوسته زمین بیشتر از لیتیوم موجود است. به طور کلی، باتری‌های روی ارزان‌تر و ایمن تر هستند.»

با این حال، یک مانع بزرگ در این زمینه، عمر کوتاه باتری‌های مبتنی بر روی است و دانشمندان تاکید زیادی بر توسعه نسخه‌هایی دارند که به طور قابل اعتماد دوباره شارژ می‌شوند. برای حل مشکل شارژ مجدد و پایدار از یک راه حل منحصر به فرد استفاده شده است.

یک باتری روی، یون‌هایی را می‌فرستد که بین آند روی و کاتد در محلول الکترولیت به عقب و جلو حرکت می‌کنند. محلول‌های الکترولیت معمولی در باتری‌های لیتیومی حاوی مواد شیمیایی قابل اشتعال و خورنده هستند، اما محققان یک الکترولیت از ژل را برای استفاده با آند روی ساخته‌اند که از یک ماده طبیعی به نام کیتوزان ساخته شده است.

کیتوزان یک محصول مشتق از کیتین است. برای تأمین کیتین منابع زیادی وجود دارد، از جمله دیواره سلولی قارچ‌ها، اسکلت بیرونی سخت پوستان و ماهی مرکب. فراوان‌ترین منبع کیتوزان اسکلت خارجی سخت پوستان از جمله میگو و خرچنگ است که به راحتی از غذاهای دریایی به دست می‌آید.

باتری روی با استفاده از الکترولیت جدید خود عملکرد چشمگیری داشت و از تشکیل و رشد شاخک هایی که می‌تواند عملکرد باتری را مختل کند، جلوگیری شد. راندمان ۹۹.۷٪ در ۱۰۰۰ بار استفاده مزیت دیگر این باتری بود.

به دلیل طراحی سازگار با محیط زیست، حدود دو سوم این باتری می‌تواند توسط میکروب‌ها تجزیه شود، در حالی که الکترولیت کیتوزان می‌تواند در عرض پنج ماه کاملاً تجزیه شود و روی باقی مانده را نیز می‌توان بازیافت کرد.