دستاورد بزرگ دانشمندان در ساخت باتری های سدیم یونی

مواد مورد نیاز برای ساخت باتری سدیم یونی در مقایسه با باتری‌های حال حاضر تلفن‌های همراه و وسایل الکترونیکی، بسیار ارزان‌تر است و دستاورد اخیر دانشمندان در این رابطه هم می‌تواند صنعت وسایل الکترونیکی را دگرگون کند.

در حال حاضر، باتری وسایل الکترونیکی مانند اسمارت‌فون‌ها از نوع لیتیوم یونی به حساب می‌آید، اما نوع دیگری از باتری‌ها به نام باتری سدیم یونی (Sodium-ion battery) وجود دارند که ساخت آن‌ها بسیار ارزان‌تر تمام می‌شود. با این حال کارایی این نوعی وسایل ذخیره الکتریسیته به اندازه رقیب لیتیومی بالا نیست، ولی اخیرا دانشمندان موفق به ساخت ورژنی از باتری‌های سدیم یونی شده‌اند که می‌تواند معادلات این بخش از صنعتی ساخت وسایل الکترونیکی را دگرگون کنند.

تاکنون رسیدن به چنین پیشرفتی در ساخت باتری‌های سدیم یونی سابقه نداشته و همان‌طور که دانشمندان سازنده این باتری از دانشگاه ایالتی واشینگتن و آزمایشگاه ملی شمال‌غربی پاسیفیک آمریکا اعلام کرده‌اند، محصول آن‌ها توانایی ذخیره و نگهداری الکتریسیته را در سطحی بی‌سابقه و برابر بسیاری از باتری‌های حال حاضر صنعت تجهیزات الکترونیک دارد.

جایگزینی باتری‌های حال حاضر با باتری سدیم یونی از بسیاری جهات به صرفه‌تر و منطقی‌تر به نظر می‌رسد و دانشمندان اعلام کرده‌اند که محصول ساخت آن‌ها می‌تواند بعد از هزار چرخه شارژ و خالی شدن باتری، همچنان 80 درصد ظرفیت خود الکتریسیته ذخیره کند.

مزایای باتری سدیم یونی

همان‌طور که اشاره شد، باتری‌های لیتیوم یونی که در تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و خودرو‌های الکتریکی به کار می‌روند، از عناصر کمیاب و گران‌قیمتی مانند لیتیوم و کبالت ساخته می‌شوند. به علاوه، افزایش تقاضا برای اتومبیل‌های برقی و تجهیزات دیگری که با باتری‌ها کار می‌کنند، روز به روز باعث افزایش قیمت منابع مورد نیاز برای ساخت باتری‌ها و کمیاب‌تر شدن عناصر مورد نظر می‌شود.

از طرف دیگر دانشمندان تخمین می‌زنند که با افزایش وابستگی بشر به منابع انرژی تجدید پذیر در طول سال‌های اخیر و بیشتر شدن تقاضا برای استفاده از باتری‌های گوناگون به منظور بهره بردن از انرژی‌های مورد نظر، منابع لیتیوم و کبالت موجود توانایی پاسخگویی به نیاز کل ساکنان زمین را نخواهند داشت.

تمامی این‌ها در حالی بوده که باتری سدیم یونی با استفاده از عنصر ارزان و فراوان سدیم که در اقیانوس‌ها و پوسته زمین به وفور وجود دارد، ساخته می‌شود؛ اما مشکل اصلی چنین نوعی از باتری‌ها توانایی ذخیره انرژی و قابلیت شارژ مجدد آن‌هاست. همان‌طور که حدس می‌زنید باتری‌های سدیم یونی در حال حاضر به اندازه هم نوعان لیتیومی خود ظرفیت ذخیره ندارند و پر و خالی شدن آن‌ها به صورت مکرر هم مشکل‌زا است.

از طرف دیگر محققان اعلام کرده‌اند که برای توسعه بیشتر تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی که به افزایش کارایی نیروگاه‌های انرژی تجدید پذیر منجر خواهد شد، دسترسی به منابع فراوان و ارزان برای ساخت باتری‌ها بسیار مهم بوده و همچنین باتری‌های مورد استفاده باید توانایی مناسبی در تخلیه و شارژ مجدد داشته باشند.

جزئیات تحقیقات اخیر

تیم دانشگاه واشینگتن و آزمایشگاه پاسیفیک برای ساخت باتری سدیم یونی خود یک کاتد اکسید فلزی پوشش‌دار را در کنار الکترولیت مایعی که حاوی یون‌های سدیم اضافه بود، به وجود آوردند. افزایش سدیم باعث نمکی‌تر شدن مایع و بالا بردن فعل و انفعالات موجود با کاتد می‌شود.

چنین طراحی به حرکت دائمی یون‌های سدیم منجر شده و با جلوگیری از شکل گرفتن کریستال‌ها بر روی سطوح مورد نظر، باعث تولید راحت‌تر الکتریسیته در سیستم می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، باتری سدیم یونی ساخته شده از این طریق از تمامی ورژن‌های قبلی چنین باتری‌هایی کارایی بیشتری دارد. در حال حاضر دانشمندان مشغول بهتر کردن طرح موجود و جستجو برای پیدا کردن مواد بهتری هستند که به افزایش کارایی باتری اخیر کمک می‌کنند.