یک استراتژی طراحی برای تولید باتری های دی اکسید روی و منگنز با انرژی پایدار و پر انرژی

تقاضای جهانی برای باتریهای قابل شارژ طی دهه گذشته یا به همین ترتیب رشد چشمگیری پیدا کرده است ، زیرا برای تأمین نیرو تعداد فزاینده دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های هوشمند ، لپ تاپ ، تبلت ، ساعت های هوشمند و ردیاب های تناسب اندام مورد نیاز هستند. برای کارآمدترین کار ، باتریهای قابل شارژ باید از چگالی انرژی بالایی برخوردار باشند ، در عین حال باید ایمن ، پایدار و دوستدار محیط زیست باشند.

در حالی که باتری های لیتیوم یونی (LIB) اکنون برخی از رایج ترین سیستم های قابل شارژ انرژی قابل شارژ هستند ، آنها حاوی الکترولیتهای آلی هستند که بسیار فرار هستند و این باعث کاهش قابل توجهی در ایمنی آنها می شود. در سالهای اخیر ، محققان در تلاشند تا ترکیب های جدید باتری را که حاوی الکترولیت قابل اشتعال و ناپایدار نیستند ، شناسایی کنند.

از جمله گزینه های بسیار امیدوار کننده برای LIB ، باتری های مبتنی بر الکترولیت های غیر قابل اشتعال و کم هزینه ، مانند باتری های اسید سرب و روی - منگنز هستند. این باتری ها دارای مزایای بی شماری از جمله ایمنی بیشتر و هزینه پایین تولید هستند. با این حال ، تاکنون عملکرد ، ولتاژ کار و شارژ مجدد آنها در مقایسه با راه حل های مبتنی بر لیتیوم محدود بوده است.

محققان آزمایشگاه کلیدی سرامیک پیشرفته و فناوری ماشینکاری ، آزمایشگاه کلیدی تیانجین از مواد کامپوزیت و کاربردی و دانشگاه تیانجین در چین اخیراً یک استراتژی طراحی جدید را ارائه داده اند که می تواند عملکرد باتری منگنز دی اکسید روی (Zn-MnO 2 ) را تقویت کند. . رویکردی که آنها ایجاد کردند ، در مقاله ای که در Nature Energy منتشر شده است ، مستلزم جداسازی الکترولیت ها در داخل باتری است تا بتواند شیمی اکسیداسیون ردوکس بهینه را در هر دو الکترود روی و منگنز 2 به کار برد .

"کاغذ ما ناخواسته رخ داده است که ما یک عنصر روی MNO قلیایی مونتاژ 2 باتری با تازه الکتریسیته و MNO 2 ، است که برخی از H باقی مانده 2 SO 4 (از حمام آبکاری) در MNO 2 سطح،" پروفسور چنگ زونگ، یکی از محققانی که این تحقیق را انجام داده اند ، به TechXplore گفتند. "باتری مونتاژ شده دارای ولتاژ تخلیه فوق العاده بالاتری نسبت به باتری های معمولی Zn-MnO 2 است ، که ما را ترغیب می کرد تا مسائل را به سمت اصول بیاندازیم ، و پایه های این مطالعه را قرار دهیم."

پروفسور زونگ و همکارانش دریافتند که استراتژی خود را برای جدایی الکترولیت منجر به بهتر انجام روی-MNO 2 باتری با ولتاژ مدار باز از 2.83 V. این نتیجه بسیار امیدوار کننده است، با توجه به اینکه بیشتر مرسوم روی-MNO 2 باتری به طور معمول ولتاژ 1.5V.

ظرفیت باتری ساخته شده با استفاده از استراتژی جداسازی الکترولیت آنها ، DZBM لقب می گیرد ، پس از استفاده مداوم و 200 ساعت شارژ مجدد ، فقط 2٪ از بین رفته است. علاوه بر این ، باتری 100٪ ظرفیت خود را در انواع چگالی جریان تخلیه حفظ کرده است. شگفت آور است که محققان ثابت کردند که باتریهای ایجاد شده با استفاده از روش آنها همچنین می توانند با سیستمهای قدرت هیبریدی باد و فتوولتائیک ادغام شوند و این باعث افزایش پایداری آنها می شود.

پروفسور ژونگ توضیح داد: " استراتژی جداسازی الکترولیت با هدف ایجاد همزمان شیمیایی ردوکس بهینه هر دو الکترود روی و منگنز 2 است ." شرایط کار کاتد منگنز 2 و آند روی از هم جدا شدند تا هر دو واکنش اکسید منگنز 2 و واکنش اکسید روی قلیایی در یک سلول واحد فعال شود. باتری DZMB حاصل از آن دارای ولتاژ کار بسیار بالاتری و دوام دوچرخه سواری طولانی تر نسبت به باتری های قلیایی Zn-MnO 2 سنتی است . "

در آینده می توان از استراتژی جدید طراحی معرفی شده توسط پروفسور ژونگ و همکارانش برای تولید باتری های جدید Zn-MnO 2 استفاده کرد که کم هزینه و ایمن هستند اما دارای ولتاژهای مدار باز و فوق العاده بالا و عمر طولانی دوچرخه سواری نیز هستند. . نکته قابل توجه ، همین استراتژی می تواند برای افزایش کارایی سایر باتری های آبی مبتنی بر روی ، از جمله آنهایی که دارای ترکیبات روی و مس و روی هستند ، نیز استفاده شود.