مترجم: علي طالبيباتريهاي هوا- ليتيومي به سبب مقدار بالاي ارائه خروجي انرژي نسبت به وزن آنها به عنوان فناوريهاي بسيار اميدبخش براي ماشينهاي الكتريكي و وسايل الكترونيكي قابل حمل در نظر گرفته ميشوند اما چنين باتريهايي تعدادي اشكال بسيار جدي دارند. آنها بسياري از انرژي تزريق شده را به عنوان گرما هدر ميدهند و نسبتاً سريع خراب ميشوند. همچنين آنها نيازمند قطعات اضافي گراني به منظور پمپ گاز اكسيژن به داخل و خارج ميباشند، به داخل يك وضعيت سلول باز كه بسيار متفاوت از باتريهاي مهر و موم شده متعارف است.
اما تنوع شيميايي جديد باتري كه ميتواند در يك باتري متعارف كاملاً مهر و موم شده استفاده شود، كارايي نظري مشابه باتريهاي هوا- ليتيومي را درحالي كه بر تمامي اشكالات غلبه دارد وعده ميدهد.
بر اساس توضيح لي، محقق اين طرح يكي از كمبودهاي باتريهاي هوا- ليتيومي عدم تطابق بين ولتاژ درگير در حالت شارژ و تخليه شارژ باتري است. ولتاژ خروجي باتري بيش از 2/1 ولت كمتر از ميزان ولتاژ مصرف شده براي شارژ آن است كه هدررفت مقدار قابل توجهي برق را كه متحمل بر هر چرخه شارژ است نشان ميدهد. او ميگويد: «شما 30 درصد انرژي الكتريكي را به صورت حرارت از دست ميدهيد... در واقع در صورت شارژ سريع اين (باتري) ميتواند بسوزد.»
جامد و مستحكم ماندنباتريهاي هوا- ليتيومي متعارف اكسيژن را از هواي بيرون به داخل ميكشند تا در طول چرخه تخليه شارژ با ليتيوم باتري واكنش شيميايي را به راه بيندازد و اين اكسيژن در حين واكنش عكس در چرخه شارژ دوباره در جو آزاد ميشود.
در نوع جديد، همان واكنشهاي الكتروشيميايي حين شارژ و تخليه شارژ بين ليتيوم و اكسيژن رخ ميدهد اما طوري رخ ميدهند كه به اكسيژن اجازه برگشت به حالت گازي را نميدهند. در عوض اكسيژن داخل جامد باقي مانده و مستقيماً به سه حالت
اكسايشي- كاهشي خود يعني Li2O، Li2O2 و LiO2 تبديل ميشود كه با يكديگر به شكل يك شيشه مخلوط ميشوند. اين مسئله باعث كاهش افت ولتاژ با ضريب 5 از 2/1 ولت به 24/0 ولت ميشود پس تنها 8 درصد انرژي الكتريكي به حرارت تبديل ميشود. لي ميگويد: «اين به معناي شارژ سريعتر براي ماشينها است زيرا حذف حرارت از بسته باتري از ميزان نگرانكننده ايمني كمتر است و به همان اندازه مزاياي بازدهي انرژي.»
اين رويكرد به ما در غلبه بر مشكلي ديگر در رابطه با باتريهاي هوا- ليتيومي كمك ميكند: با تبديل اكسيژن بين حالات جامد و گازي در واكنش شيميايي درگير در حالات شارژ و تخليه شارژ، ماده دستخوش تغييرات حجمي عظيمي ميشود كه ميتواند ساختار مسيرهاي هدايت الكتريكي را مختل كند كه عمر آن را به شدت محدود ميكند.
طبق گفته وي «راز فرمول جديد ايجاد ذرات كوچك در مقياس نانومتر(يك ميلياردم متر) است كه هر دو ليتيوم و اكسيژن را به شكل شيشه شامل ميشود كه به صورت محكم در داخل ماتريسي از اكسيد كبالت محدود شده است. محققان اين ذرات را نانوليتا مينامند. در اين وضع، تغيير حالت بين Li2O، Li2O2 و LiO2 ميتواند به طور كامل در داخل مواد جامد رخ دهد.»
ذرات نانوليتا به صورت نرمال بسيار ناپايدارند به طوري كه محققان آنها را در داخل ماتريسي از اكسيد كبالت كه يك ماده شبهاسفنجي با منافذ عرضي نانومتري است محصور كردهاند. ماتريس ذرات را باثبات ميكند و همچنين نقش كاتاليزوري براي تبديلات آنها را بر عهده دارد.
لي توضيح ميدهد: «باتريهاي
هوا- ليتيومي متعارف باتريهاي اكسيژن ليتيوم خشك ميباشند زيرا آنها واقعاً نميتوانند از رطوبت يا كربن دي اكسيد استفاده كنند»، پس بايد هواي ورودي كه باتري را تغذيه ميكند تميز باشد. «شما به سيستمهاي كمكي بزرگي به منظور حذف كربن دي اكسيد و آب نياز داريد و انجام اين كار بسيار مشكل است» اما باتري جديد كه هيچ گاه نياز به كشيدن هيچ گونه هوايي از خارج ندارد اين مشكل را دور ميزند.
شارژ بيش از اندازه ديگر وجود نداردهمچنين طبق گفته تيم، باتري جديد به طور ذاتي از شارژ بيش از اندازه محافظت ميشود زيرا واكنش شيميايي در اين مورد به طور طبيعي خود- محدودكننده است- وقتي شارژ بيش از اندازه شد، واكنش به شكل ديگري تغيير مييابد كه از فعاليت بيشتر جلوگيري ميكند. لي ميگويد: «اگر يك باتري معمولي را بيش از حد شارژ كنيد ميتواند سبب آسيب برگشتناپذير ساختاري يا حتي انفجار شود اما ما باتري نانوليتي را به مدت 15 روز بيش از اندازه تا صدها برابر ظرفيتش شارژ كرديم اما به هيچ وجه آسيبي ديده نشد.»
منبع: ساينس ديلي
