دانشمندان باتری‌های یون آلومینیومی را با ظرفیت ذخیره‌سازی بهبودیافته توسعه می‌دهند

محققان با استفاده از یک پلیمر ردوکس آلی یک ماده الکترود مثبت برای باتری های یون آلومینیومی ساخته اند که ظرفیت بالاتری نسبت به گرافیت نشان داده است. مواد الکترود با موفقیت ۵۰۰۰ چرخه شارژ را پشت سر گذاشت و ۸۸ درصد از ظرفیت خود را در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد حفظ کرد و پیشرفت قابل توجهی را در توسعه باتری های آلومینیومی نشان داد.

یک گروه تحقیقاتی یک پلیمر ردوکس آلی را برای استفاده به عنوان الکترود مثبت در باتری های آلومینیوم یون ایجاد کرده است.

باتری‌های یون آلومینیومی به‌عنوان یک جانشین بالقوه برای باتری‌های سنتی ظهور می‌کنند که به موادی مانند لیتیوم که منبع سختی هستند و بازیافت آن‌ها چالش برانگیز است، متکی می باشند. این تغییر به فراوانی آلومینیوم در پوسته زمین، قابلیت بازیافت آن، و ایمنی نسبی و مقرون به صرفه بودن آن نسبت به لیتیوم نسبت داده می شود.

با این وجود، پیشرفت باتری‌های یون آلومینیومی در مراحل اولیه باقی مانده است، زیرا محققان هنوز در جستجوی مواد الکترود مناسبی هستند که بتواند ظرفیت ذخیره‌سازی کافی را ارائه دهد. پیشرفتی در این زمینه اخیرا توسط یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور دکتر بریجیت اسر از دانشگاه اولم و پروفسور دکتر اینگو کراسینگ و پروفسور دکتر آنا فیشر از دانشگاه فرایبورگ و به ریاست گوتیه استودر، به دست آمده است. این تیم یک ماده الکترود مثبت متشکل از یک پلیمر ردوکس آلی بر پایه فنوتیازین ساخته است.

مواد الکترود آنیون های پیچیده آلومینیوم را وارد می کنند

مواد الکترود در طول شارژ باتری اکسید می شود و در نتیجه آنیون های آلومینات پیچیده را جذب می کند. به این ترتیب، پلیمر ردوکس آلی پلی (۳-وینیل-N-متیل فنوتیازین) موفق می شود دو آنیون [AlCl4]- را به طور برگشت پذیر در طول شارژ وارد کند. محققان از اتیل متیلیمیدازولیوم کلرید مایع یونی به عنوان یک الکترولیت با کلرید آلومینیوم اضافه شده استفاده کردند.

در این آزمایش، باتری‌های آلومینیومی با این ماده الکترود، ظرفیتی را که قبلاً به دست نیامده بود، ۱۶۷ میلی‌آمپر ساعت بر گرم (mAh/g) ذخیره کردند. بنابراین، پلیمر ردوکس آلی از ظرفیت گرافیت که تا به امروز بیشتر به عنوان ماده الکترود در باتری ها استفاده شده است، فراتر می رود. نتایج در مجله Energy & Environmental Science منتشر شد.

گوتیه استودر می‌گوید: «مطالعه باتری‌های آلومینیومی یک زمینه تحقیقاتی هیجان‌انگیز با پتانسیل بالایی برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در آینده است. تمرکز ما بر روی توسعه مواد آلی فعال ردوکس است که عملکرد بالا و خواص برگشت پذیر را نشان می دهند. با مطالعه خواص ردوکس پلی (۳-وینیل-N-متیل فنوتیازین) در مایع یونی مبتنی بر کلروآلومینات، با نشان دادن برای اولین بار یک فرآیند ردوکس دو الکترونی برگشت‌پذیر برای یک ماده الکترود مبتنی بر فنوتیازین، پیشرفت قابل‌توجهی کردیم. ”

پس از ۵۰۰۰ بار شارژ در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد، باتری ۸۸ درصد ظرفیت خود را حفظ می کند.

پلی (۳-وینیل-N-متیل فنوتیازین) آنیون ها[AlCl_۴] ^– را در پتانسیل های ۰.۸۱ و ۱.۶۵ ولت رسوب می دهد و ظرفیت های خاصی تا ۱۶۷ میلی آمپر ساعت بر گرم را فراهم می کند. در مقابل، ظرفیت تخلیه گرافیت به عنوان ماده الکترود در باتری های آلومینیومی ۱۲۰ میلی آمپر ساعت بر گرم است. پس از ۵۰۰۰ چرخه شارژ، باتری ارائه شده توسط تیم تحقیقاتی هنوز ۸۸ درصد ظرفیت خود را در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد دارد، یعنی با سرعت شارژ و دشارژ ۶ دقیقه. با نرخ C کمتر، یعنی زمان شارژ و دشارژ طولانی تر، باتری بدون تغییر به ظرفیت های اولیه خود باز می گردد.

بریجیت اسر می‌گوید: «متریال الکترود با ولتاژ تخلیه بالا و ظرفیت خاص، و همچنین حفظ ظرفیت عالی در نرخ‌های C سریع، پیشرفت بزرگی در توسعه باتری‌های آلومینیومی قابل شارژ و در نتیجه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی پیشرفته و مقرون به صرفه است.»

مرجع: “روی یک باتری آلومینیومی با ظرفیت بالا با پلیمر ردوکس دو الکترونی فنوتیازین به عنوان یک الکترود مثبت” توسط گوتیه استودر، الکسی اشمیت، یان بوتنر، ماکسیمیلیان اشمیت، آنا فیشر، اینگو کروسینگ و بیرجیت اسر، ۲۲، ۲۰ می انرژی و علوم محیطی.

DOI: 10.1039/D3EE00235G

این پروژه توسط بنیاد تحقیقات آلمان (DFG) (پروژه AMPERE در SPP 2248 – باتری های مبتنی بر پلیمر، POLiS – EXC 2154، livMatS – EXC 2193) و همچنین توسط Deutsche Bundesstiftung Umwelt، bwForCluster EvoCluster، JUST، تأمین مالی شد. Mayr-Stihl-Stiftung (Saltus!) و Land Baden-Württemberg (bwHCP).

برای مشاهده منبع ترجمه کلیک کنید.