یک گروه بین‌المللی از محققان به سرپرستی دانشگاه استنفورد باتری‌های قابل شارژی را توسعه داده‌اند که می‌توانند تا 6برابر بیشتر از باتری‌هایی که در حال حاضر در دسترس هستند، انرژی الکتریسیته ذخیره کنند.

 ساخت باتری برای هفته‌ای یکبار شارژ موبایل

این پیشرفت که در مقاله جدیدی در 25 آگوست در مجله Nature منتشر شده، می‌گوید که می‌توان استفاده از باتری‌های قابل شارژ را تسریع کرد و به این ترتیب محققان باتری را یک گام به سمت دستیابی به دو هدف اعلام شده خود نزدیک کردند. این اهداف عبارتند از ایجاد یک باتری قابل شارژ تا تلفن‌ها این امکان را داشته باشند به جای شارژ روزانه تنها هفته‌ای یکبار شارژ شوند و همینطور اتومبیل‌های الکتریکی که می‌توانند شش برابر مسافت بیشتری را بدون شارژ مجدد حرکت کنند.

این باتری‌های جدید که به باتری‌های قلیایی فلزی هم شناخته می‌شوند، توسط یک تیم از محققان استنفورد به سرپرستی، هونجی دای، پروفسور شیمی این دانشگاه و دکتر گوانگ‌ژو ژو توسعه یافته است. هنگامی که الکترون‌ها از یک طرف باتری قابل شارژ به طرف دیگر حرکت می‌کنند، شارژ مجدد مواد شیمیایی را به حالت اولیه باز می‌گرداند تا بار دیگر بتوان از آن استفاده کرد. باتری‌های غیر قابل شارژ از چنین قابلیتی برخوردار نیستند و پس از تخلیه، شارژ مواد شیمیایی آن‌ها قابل بازیابی نیست.

هونجی دای می‌گوید: "یک باتری قابل شارژ کمی شبیه یک صندلی گهواره‌ای است. این صندلی در یک جهت حرکت می‌کند، اما وقتی الکتریسیته اضافه می‌شود به عقب باز میگردد. آنچه که ما در اینجا داریم در واقع یک صندلی گهواره‌ای است."

 کشف سرسام‌آور

دلیل اینکه هنوز هیچکس یک باتری سدیم کلر یا لیتیوم کلر قابل شارژ با کارایی بالا را ایجاد نکرده این است که کلر بسیار واکنش پذیر است و نمی‌تواند با راندمان بالا به کلرید تبدیل شود. در موارد معدودی که پیش از این توانسته بودند به میزان مشخصی از قابلیت شارژ مجدد دست پیدا کنند، عملکرد باتری ضعیف بود.

در حقیقت، دای و ژو اصلاً قصد ایجاد باتری قابل شارژ سدیم و لیتیوم کلر را نداشتند، بلکه صرفا تلاش کردند فناوری‌های موجود در باتری خود را با استفاده از تیونیل کلراید بهبود ببخشند. این ماده شیمیایی یکی از اجزای اصلی باتری‌های لیتیوم-تیونیل کلراید است که نوعی محبوب از باتری‌های یکبار مصرف است که برای اولین بار در دهه 1970 اختراع شد.

اما محققان استنفورد در یکی از آزمایش‌های اولیه خود که شامل کلر و کلرید سدیم بود، متوجه شدند که تبدیل یک ماده شیمیایی به ماده دیگر به نوعی تثبیت شده و در نتیجه تا حدودی قابل شارژ شدن است. دای در این باره گفت: "من فکر نمی‌کردم این امکان وجود داشته باشد. حداقل یک سال طول کشید تا بفهمیم واقعا چه خبر است."

چند سال بعد، این تیم شیمیدان بازگشت و با آزمایش روی مواد مختلف برای الکترود مثبت باتری، راه‌هایی را برای کارآمدتر شدن آن جستجو کرد. مواد کربنی دارای ساختار نانوسفر هستند که پر از منافذ بسیار کوچک است. در عمل، این کره‌های توخالی مانند یک اسفنج عمل می‌کنند و مقادیر زیادی مولکول‌های کلر را به طور قابل توجهی جمع می‌کنند و آن‌ها را برای تبدیل شدن به نمک در ریز منافذ ذخیره می‌کنند.

 تبدیل کلر باتری به نمک خوراکی

ژو در این باره توضیح داد: "مولکول کلر در حفره باتری در منافذ کوچک نانوکره‌های کربنی به دام افتاده و محافظت می‌شود. سپس، هنگامی که باتری نیاز به تخلیه یا دشارژ دارد، می‌توانیم باتری را خالی کرده و کلر را به NaCl (نمک خوراکی) تبدیل کنیم و این فرآیند را در چرخه‌های مختلف تکرار کنیم. ما در حال حاضر می‌توانیم 200 بار این چرخه را ادامه دهیم و هنوز هم جای پیشرفت وجود دارد."

محققان تا کنون به 1200 میلی آمپر ساعت در هر گرم مواد الکترود مثبت رسیده اند، در حالی که ظرفیت باتری‌های لیتیوم یونی تجاری، امروزه حدودا 200 میلی آمپر ساعت در گرم است. ژو گفت: "ظرفیت ما حداقل شش برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یونی است."

محققان تصور می‌کنند که باتری‌های آن‌ها زمانی که شارژ کردن مکرر، ممکن یا مطلوب نیست می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند مثلا در ماهواره‌ها یا حسگر‌های از راه دور. بسیاری از ماهواره‌های غیرقابل استفاده در حال حاضر در مدار زمین شناور هستند و به دلیل تمام شدن باتری، منسوخ شده اند. ماهواره‌های آینده با باتری‌های قابل شارژ طولانی مدت می‌توانند به شارژر‌های خورشیدی مجهز شده و عمر مفیدشان چندین برابر افزایش پیدا می‌کند. در هر صورت در زمان فعلی استفاده از نمونه‌های اولیه این باتری‌ها در کار‌های روزمره مثل سمعک‌ها یا کنترل‌های از راه دور بسیار کارآمد است.