ژاپنی ها به باتری منگنز بدون خرابی رسیدند
بی بی سرور: ژاپنی ها موفق به ساخت یک باتری لیتیوم-یونی مخصوص خودرو های برقی شده اند که با تعبیه آند منگنز توانسته اند ظرفیت آنرا به 820 وات ساعت بر کیلوگرم برسانند. ضمن این که این باتری ضد فرسایش و زوال است.
به گزارش بی بی سرور به نقل از ایسنا، پژوهشگران ژاپنی در دانشگاه ملی یوکوهاما جایگزین امیدوارکننده ای برای باتری های نیکل و کبالت برای وسایل نقلیه الکتریکی معرفی کرده اند.
رویکرد آنها از منگنز در آند برای ایجاد یک باتری با چگالی انرژی بالا استفاده می نماید که هم مقرون به صرفه و هم پایدار می باشد.
سازندگان خودرو های برقی باتری های نیکل و کبالت را ترجیح می دهند، برای اینکه چگالی انرژی بالاتری ارائه می دهند که به مدلول بُرد بیشتر در بسته های باتری کوچکتر است. با این وجود، هر دوی این عناصر گرانقیمت و نسبتاً کمیاب هستند و در صورتیکه استفاده از خودروی برقی در سرتاسر جهان درحال بالا رفتن است، آنها به گزینه های ناپایداری تبدیل می شوند.
باتری های لیتیوم-یون (Li-ion) گزینه ترجیحی برای بیشتر وسایل الکترونیکی هستند. با این وجود، چگالی انرژی کمتر آنها نسبت به باتری های نیکل و کبالت، آنها را جهت استفاده در خودرو های الکتریکی ناکارآمد می کند. اما کوشش های مطالعه و توسعه برای بهبود آنها منجر به معرفی گزینه های بهتری شده است.
استفاده از منگنز در کنار لیتیوم(LiMnO2) در آند باتری آزمایش شده است. با این وجود، کاربردهای آن به سبب عملکرد ضعیفتر الکترود محدود بوده است. حالا پژوهشگران دانشگاه ملی یوکوهاما در ژاپن در پژوهش اخیر خود به این مساله پرداخته اند.
نائوآکی یابوچی و تیمش در دانشگاه ملی یوکوهاما بعد از مطالعه گسترده LiMnO2 در اشکال مختلف آن با بهره گیری از پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و روش های الکتروشیمیایی دریافتند که یک دامنه لایه ای مونوکلینیک انتقال ساختاری را فعال می کند. سیستم مونوکلینیک نوعی از تقارن گروهی یک ساختار کریستالی جامد است.
گفته می شود LiMnO2 عملکرد مواد الکترود را با تسهیل انتقال فاز بهبود می بخشد. بدون انتقال فاز، یک الکترود LiMnO2 عملکردی کمتر از حد مطلوب دارد.
این واکنش هیچ مرحله واسطه ای ندارد و می تواند مستقیماً از دو جزء با بهره گیری از پروسه کشته سازی سنتز شود.
کشته سازی (Calcination) اصطلاحی در علم مواد و شیمی است که به حرارت دادن مواد برای پیرولیز، حذف رطوبت، تشکیل ترکیبات واسط، انجام واکنش در حالت جامد و نفوذ گفته می شود.
بهبود عملکرد با منگنز
آزمایشات بعد از سنتز نشان داد که یک باتری با الکترود LiMnO2 به چگالی انرژی 820 وات ساعت بر کیلوگرم در مقایسه با 750 وات ساعت بر کیلوگرم در باتری مبتنی بر نیکل رسیده است. شایان ذکر است که باتری های مبتنی بر لیتیوم دارای چگالی انرژی حتی کمتر از 500 وات ساعت بر کیلوگرم هستند.
پژوهشگران می گویند زمانی که منگنز در پلی مورف های دیگر استفاده می شود، به طور معمول نیمی از ظرفیت چگالی انرژی را نشان میدهد.
کار قبلی با بهره گیری از منگنز، کاهش ولتاژ در باتری ها را گزارش کرد که در آن ولتاژ خروجی به مرور زمان کاهش می یافت و عملکرد دستگاه الکترونیکی را کاهش می داد. با اینحال پژوهشگران با الکترود LiMnO2 چنین نتایجی را مشاهده نکردند.
انحلال منگنز به سبب تغییر فاز یا واکنش با محلول اسیدی هنوز هم می تواند رخ دهد. بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران اضافه کرد که آنان قصد دارند با بهره گیری از محلول الکترولیت بسیار غلیظ و پوشش لیتیوم فسفات به این چالش رسیدگی کنند.
پژوهشگران مطمئن هستند که کار آنها به توسعه راه جدیدی کمک کرده است که با گزینه های موجود رقابت کند، تولید پایدار داشته باشد و در دراز مدت با محیط زیست سازگار باشد. آنها مشتاقانه منتظر تجاری سازی فناوری خود و استفاده از آن در صنعت خودرو های الکتریکی هستند.
پژوهشگران می گویند: ما یک روش بسیار ارزان پیدا کرده ایم و این یافته مهم مطالعه ما است.
یافته های این پژوهش در مجله ACS Central Science انتشار یافته است.
منبع: bbserver.ir
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب