پایگاه تحلیلیخبری ایراسین؛ تیمی از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، لسآنجلس (UCLA) موفق شدهاند با استفاده از فناوری چاپ سهبعدی، نوعی باتری هیبریدی یونروی توسعه دهند که به گفته آنان میتواند بیش از هفت برابر نمونههای مشابه فعلی انرژی ذخیره کند؛ دستاوردی که در صورت توسعه صنعتی، میتواند به یکی از گزینههای مکمل برای ذخیرهسازی برق در مقیاس شبکه تبدیل شود.
محور اصلی این دستاورد، طراحی و ساخت یک الکترود چاپ سهبعدی با ساختاری توخالی و متخلخل است؛ ساختاری که امکان افزایش چشمگیر سطح داخلی و در نتیجه ارتقای ظرفیت ذخیرهسازی انرژی را فراهم میکند.
پژوهشگران میگویند با رشد سریع نیاز شبکههای برق به سامانههای ذخیرهسازی، بهویژه برای پشتیبانی از انرژی خورشیدی و بادی، فناوریهای جدید باید چند ویژگی را همزمان داشته باشند؛ توان خروجی بالا، شارژ سریع، عمر طولانی و هزینه پایین است. باتری جدید معرفیشده در UCLA تلاشی برای پاسخ همزمان به همین نیازهاست.
بر اساس توضیحات منتشرشده، این سامانه یک فناوری هیبریدی است؛ به این معنا که یک ترمینال آن مشابه بخش ذخیرهکننده انرژی در باتریهای لیتیومیونی عمل میکند و ترمینال دیگر از یک الکترود کربنی شبیه آنچه در ابرخازنها بهکار میرود، بهره میبرد. ابرخازنها به شارژ و دشارژ سریع و طول عمر بالا معروفاند، اما معمولا با محدودیت در میزان انرژی قابل ذخیرهسازی روبهرو هستند، زیرا انرژی عمدتا بر سطح الکترودهای آنها نگه داشته میشود.
تیم UCLA برای غلبه بر این محدودیت، از دو مسیر همزمان استفاده کرده است؛ نخست، افزایش شدید سطح مؤثر الکترود کربنی از طریق طراحی سهبعدی و دوم، بارگذاری این ساختار با اکسید وانادیوم که مادهای با ظرفیت بالای ذخیرهسازی انرژی به شمار میرود؛ الکترود حاصل، ساختاری شبیه به لانهزنبور یا اسفنج دارد و در سراسر آن حفرههای بسیار ریز تعبیه شده است.
ساخت این الکترود با استفاده از یک روش چاپ سهبعدی مبتنی بر رزین مایع انجام شده که در مواجهه با نور لیزر فرابنفش بهسرعت جامد میشود. سپس پژوهشگران با اجرای فرآیندهای حرارتی و شیمیایی، این ساختار را به کربن رسانا با منافذ باز تبدیل کرده و در ادامه آن را با اکسید وانادیوم پوشش دادهاند؛ به گفته پژوهشگران، سطح مؤثر این ماده به اندازهای افزایش یافته که اگر یک گرم از آن صاف شود، مساحتی در حد حدود ۱۰ زمین تنیس را پوشش میدهد.
ماهر الکادی، از نویسندگان مسئول این پژوهش، در تشریح اهمیت این دستاورد گفته است: آینده ذخیرهسازی انرژی با یک فناوری واحد تعریف نخواهد شد، در مقطعی باید بهدنبال راهکارهایی باشیم که مکمل گزینههای فعلی ذخیرهسازی در مقیاس شبکه باشند.
وی تاکید کرده است که این مطالعه عملا دستگاههای هیبریدی یونرویی ارائه میدهد که ظرفیت آنها نزدیک به یک مرتبه بزرگی بیشتر از نمونههای متعارف است.
نتایج آزمایشها نشان میدهد این دستگاه نهتنها بیش از هفت برابر بیشتر از خازنهای مشابه شارژ ذخیره کرده، بلکه پس از ۱۵۰۰ چرخه شارژ و دشارژ نیز ۸۲ درصد از ظرفیت خود را حفظ کرده است؛ شاخصی که میتواند برای کاربردهای بلندمدت اهمیت زیادی داشته باشد.
در کنار این دستاورد، تیم UCLA یک نوآوری دیگر نیز معرفی کرده است؛ سلول آزمایش چاپ سهبعدی، برای ارزیابی دقیقتر عملکرد تجهیزات ذخیرهسازی انرژی؛ در روشهای متداول آزمایشگاهی، معمولا از یک بشر باز حاوی الکترولیت و دو الکترود استفاده میشود؛ روشی ساده اما دارای دو ضعف مهم، تبخیر تدریجی الکترولیت و تغییرپذیری موقعیت الکترودها که میتواند دقت نتایج را کاهش دهد.
سلول چاپی جدید با داشتن درپوش آببندیشده از تبخیر جلوگیری میکند و با طراحی شیارهای مشخص، فاصله الکترودها را ثابت نگه میدارد. پژوهشگران گزارش کردهاند که در این سامانه، الکترودهای کربنی استاندارد پس از ۱۵۰۰ چرخه، ۹۸ درصداز شارژ خود را حفظ کردهاند، در حالی که نمونههای آزمایششده در سامانه باز متعارف، در کمتر از ۱۰۰ چرخه از کار افتادهاند.
اهمیت دیگر این پژوهش در استفاده از روی(Zn)، بهعنوان ماده پایه ذخیرهسازی است. به گفته محققان، روی نسبت به لیتیوم۱۰۰ برابر فراوانتر است، استخراج آسانتری دارد و بازیافت آن نیز سادهتر انجام میشود؛ ویژگیهایی که میتواند هزینه و پایداری زنجیره تامین را بهبود بخشد.
اگرچه این فناوری هنوز در مرحله پژوهشی قرار دارد، اما نتایج اولیه آن نشان میدهد باتریهای هیبریدی یونروی چاپ سهبعدی میتوانند در آینده به یکی از مسیرهای جدی برای توسعه ذخیرهسازی برق ارزانتر، پایدارتر و مناسبتر برای شبکههای انرژی تبدیل شوند.
نظر شما