باتری‌ های ساخته شده از پوسته خرچنگ، قواعد بازی را در خودروهای برقی عوض می‌کنند

دانشمندان موفق به ساخت نوعی باتری با استفاده از الکترولیت موجود در پوسته خرچنگ شده‌اند که می‌تواند تحولی بزرگ در صنعت خودروهای برقی باشد.

در راه مبارزه با بحران‌های اقلیمی، تلاش‌های اخیر سازندگان برای تولید خودروهای برقی، نویدبخش روزهایی بهتر هستند. برخلاف خودروهای احتراقی که ابرهایی از سوخت فسیلی را از طریق اگزوز به اتمسفر ساطع می‌کنند و با آلودگی هوا به گرم شدن کره زمین کمک می‌کنند، نسخه‌های الکتریکی به نیروی باتری متکی هستند که دستکم در ظاهر، فاقد آلودگی است. در این میان، تنها یک تهدید وجود دارد. مانند دیگر محصولات قابل شارژ، ظهور خودروهای برقی مشروط به توسعه فناوری در عرصه ساخت باتری است.

لیانگ‌بینگ هو، مدیر مرکز نوآوری مواد دانشگاه مریلند در بیانیه مطبوعاتی خود گفت:

تعداد زیادی باتری در حال تولید و مصرف هستند 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 خواهد کشید تا تجزیه شوند و در نتیجه، به بار محیطی اضافه می‌کنند.

بله، صدها یا هزاران سال! و در وهله اول فراموش نکنیم که فرآیند مورد نیاز برای ساخت باتری‌ های خاص در خودرو برقی و دیگر دستگاه‌ها و هم‌چنین بحث‌هایی پیرامون نقض حقوق بشر در مکان‌هایی که اجزای باتری مانند کبالت برداشت می‌شوند، نیز مزید بر علت هستند. با وجود تمام آسیب‌ها، باتری‌های لیتیوم-یونی امروزه همه‌گیر شده‌اند. در واقع، اگر در حال خواندن این مقاله با گوشی هوشمند خود هستید، احتمالا همین الان یکی را در دست دارید. آنها هم‌چنین اغلب با پنل‌های خورشیدی نیز ادغام می‌شوند که نور خورشید را برای ذخیره انرژی به ظاهر دوست‌دار محیط‌زیست جمع‌آوری می‌کند.

در مقاله‌ای که روز پنج‌شنبه در مجله Matter منتشر شد، هو و همکارانش از اختراع یک نوع باتری خبر دادند که بسیار آسان‌تر از منابع انرژی لیتیوم-یونی تجزیه‌پذیر است. اما قسمت عجیب ماجرا این است که این باتری ظاهرا از پوسته خرچنگ ساخته می‌شود!

ساخت باتری خودرو برقی از پوسته خرچنگ؟!

آیا تا به حال پیش آمده که در حین قرار دادن باتری‌های AA در کنترل از راه دور تلویزیون یا ایکس‌باکس خود، جهت‌های مثبت و منفی آن برای شما گیج‌کننده باشند؟ اساسا، این بدین خاطر است که باتری ها با استفاده از ماده خاصی به نام الکترولیت برای به هم ریختن یون‌ها یا ذرات باردار، بین آن پایانه‌های منفی و مثبت فعالیت دارند. بنابراین قرارگیری آنها در موقعیت‌های مناسب مثبت یا منفی، حائز اهمیت است.

این الکترولیت می‌تواند در زمینه‌های مختلفی کاربرد داشته باشد، اما به گفته محققان مطالعه اخیر، بسیاری از باتری‌ها از مواد شیمیایی قابل اشتعال یا خورنده برای این کار استفاده می‌کنند که به این راحتی‌ها قابل تجزیه زیستی نیستند. در مقابل، هو و همکارانش برای باتری خود، از الکترولیت ژلی استفاده کردند که در یک ماده بیولوژیکی به نام کیتوزان یافت می‌شود و به راحتی قابل تجزیه است.

در این نمودار، می‌توان دید که کیتوزان چگونه به باتری تبدیل می‌شود و در نهایت تجزیه زیستی خواهد شد.

هو در این باره گفت:

کیتوزان یک محصول مشتق از کیتین است. کیتین در دیواره‌ سلولی قارچ‌ها، اسکلت بیرونی سخت‌پوستان و قلم ماهی مرکب یافت می‌شود.

با این حال، فراوان‌ترین منبع کیتوزان، به گفته هو، در اسکلت بیرونی سخت‌پوستان قرار دارد که در دم میگو، کاراپاس خرچنگ زرشکی و البته پوسته خرچنگ وجود دارد. بهترین منبع برای پیدا کردن اسکلت‌های بیرونی، در ضایعات غذاهای دریایی است.

نمونه اولیه اختراع محققان، به‌طور هم‌زمان دو مشکل را می‌توان حل کند. طبق تحقیقی در سال 2015 که توسط نشریه نیچر انجام شده بود، حدود 6 تا 8 میلیون تن از ضایعات پوسته خرچنگ، میگو و لابستر در سطح جهان تولید می‌شود. در واقع، گوشت خرچنگ تنها 40% از جرم آن را تشکیل می‌دهد. این امر باعث ایجاد ضایعات و دور ریز غذایی بسیار زیادی می‌شود.

در این گزارش هم‌چنین عنوان شده که این پوسته‌ها اغلب به یک محل دفن زباله منتقل یا به دریا ریخته می‌شوند. این روش مدفون‌سازی، بسیار پرهزینه بوده که می‌تواند بیش از 100 دلار در هر تن هزینه داشته باشد و برای محیط‌زیست نیز مضر است. زیرا محل‌های دفن زباله به طور غیرمستقیم به انتشار گازهای مضر کمک می‌کنند.

تایم‌لپس تجزیه شدن مواد باتری پس از 5 ماه در خاک.

بنابراین، از نقطه نظر تولید باتری های تجزیه پذیر، تصور کنید که تمام آن پوسته‌های گران‌قیمت که دور ریخته می‌شوند، به چیزی مفید و موثر برای محافظت از سیاره ما تبدیل شوند.  بر اساس مطالعه جدید تیم هو، کیتوزان مورد استفاده در نمونه‌های اولیه باتری جدید، در عرض پنج ماه به طور کامل از کار افتادند و یک جزء فلزی به نام روی، به جای باتری‌های استاندارد سرب یا لیتیوم که در واقع قابل بازیافت است، باقی ماند.

نمونه اولیه، هم‌چنین دارای بازده انرژی 99.7 درصد پس از 1000 چرخه بود، بدین منعا که می‌تواند یک گزینه مناسب برای ذخیره انرژی باد یا خورشید در شبکه‌های برق باشد. این یک پیشرفت بزرگ در حوزه تولید باتری‌های روی است، زیرا اگرچه این گزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی چندان جدید نیستند، اما به دلیل بازده متوسط بدنام شده‌اند. محققان اکنون بر این باورند که ماده قابل دریافت از پوسته خرچنگ ممکن است قطعه گمشده‌ای باشد که قاعده بازی را در صنعت تولید باتری به ویژه در صنعت ساخت خودرو برقی تغییر دهد.

هو در حال حاضر معتقد است که قرار دادن کیتوزان به عنوان یک الکترولیت در باتری بدین معنا است که حدود دو سوم باتری می‌تواند تجزیه شود. با این‌حال، محققان امیدوارند تا در آینده بتوانند یک سوم باقی‌مانده را نیز از این طریق زیست تخریب‌پذیر کنند.

هو افزود:

امیدواریم در آینده همه اجزای باتری تجزیه‌پذیر باشند و نه تنها خود ماده، بلکه فرآیند ساخت بیومواد را نیز شامل شود.