به گزارش چاینادیلی، این پژوهش که اخیراً در نشریه نیچر منتشر شده، مسیر تازهای را برای تولید باتریهای بادوامتر و قدرتمندتر برای صنعت هوانوردی ارتفاع پایین و حوزههای دیگر گشوده است.
اکثر پهپادهای متعارف کنونی به باتریهای لیتیوم-یونی متکی هستند؛ باتریهایی که به محدودیتهای چگالی انرژی خود نزدیک میشوند. چگالی انرژی یعنی میزان انرژی ذخیرهشده به ازای هر واحد وزن در این باتریها معمولاً کمتر از ۳۰۰ واتساعت بر کیلوگرم است؛ مسئلهای که به «اضطراب برد» منجر شده و مدت زمان پرواز را محدود میکند.
باتریهای لیتیوم–گوگرد به دلیل چگالی انرژی نظری بالا، همچنین فراوانی و هزینه پایین گوگرد، گزینهای امیدبخش به شمار میروند. با این حال، در عمل این باتریها با مانع بزرگی روبهرو بودهاند؛ زیرا طی فرایند شارژ و تخلیه، گوگرد وارد یک فرایند شیمیایی پیچیده میشود که مقدار زیادی ترکیبات میانی محلول تولید میکند. این ترکیبات میانی تمایل دارند از محل واکنش دور شوند، سرعت واکنشها را کاهش دهند و موجب اتلاف انرژی شوند.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشکده بینالمللی تحصیلات تکمیلی شنژن دانشگاه شینهوا (Tsinghua SIGS) راهحل جدیدی ارائه کرده است که بر پایه معرفی یک «پیشواسطه» برای الکتروشیمی گوگرد استوار است.
میتوان آن را نوعی افزودنی ویژه تصور کرد که تا زمان نیاز درون باتری در حالت خفته باقی میماند. هنگامی که واکنش گوگرد آغاز میشود، این افزودنی دقیقاً در محل وقوع واکنش فعال میشود و شروع به کار میکند.
پس از فعال شدن، این مولکول به ترکیبات میانی محلول متصل میشود و مانع از پراکنده شدن آنها میشود. همچنین به ایجاد مسیرهای سریع برای واکنشهای الکتریکی کمک میکند و کل فرایند را روانتر و کارآمدتر میسازد.
این تیم تحقیقاتی همچنین شبکه واکنش را در سطح مولکولی بازطراحی کرد. مولکول جدید توسعهیافته، مقاومت داخلی باتری را در مقایسه با طراحیهای متعارف، ۷۵ درصد کاهش میدهد. در آزمایشها، باتری جدید طی ۸۰۰ چرخه شارژ و تخلیه عملکردی پایدار از خود نشان داد و نزدیک به ۸۲ درصد ظرفیت خود را حفظ کرد.
نکته چشمگیرتر آنکه تیم پژوهشی یک نمونه عملیاتی از سلول پاکتی (pouch cell) با چگالی انرژی ۵۴۹ واتساعت بر کیلوگرم ساخت؛ رقمی که تقریباً دو برابر بسیاری از باتریهای استاندارد پهپادهای مورد استفاده فعلی است.
برای پهپادها، این موضوع اهمیت زیادی دارد. چگالی انرژی بالاتر به معنای زمان پرواز طولانیتر، ظرفیت حمل بار بیشتر و برد عملیاتی گستردهتر است. یک پهپاد تحویل کالا میتواند برای رساندن بستهها مسافت بیشتری طی کند. یک پهپاد بازرسی خطوط انتقال برق میتواند تعداد بیشتری از دکلها را در یک مأموریت پوشش دهد. یک پهپاد جستوجو و نجات نیز در شرایطی که هر دقیقه اهمیت دارد، میتواند مدت بیشتری در آسمان باقی بماند.
این تیم معتقد است راهبرد طراحی مولکولی آنها قابلیت گسترش به حوزههای دیگر را نیز دارد؛ از جمله باتریهای جریانیاب (flow batteries)، باتریهای لیتیوم-فلزی و حتی فرایندهای بازیافت مستقیم باتریها.
منبع: chinadaily
