نانوپوشش عمر باتری‌های یون روی (Zinc Ion) را چند برابر می‌کند

محققان کره‌ای با استفاده از پوشش نانویی روی فویل استیل ضدزنگ، محدودیت‌های باتری‌های یون روی را رفع کردند و به بهبود رسانایی، مقاومت در برابر خوردگی و افزایش عمر چرخه‌ای این باتری‌ها دست یافتند. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز توسعه باتری‌های یون روی بزرگ‌مقیاس و ایمن برای ذخیره‌سازی انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر شود.

به گزارش ماد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز توسعه باتری‌های یون روی بزرگ‌مقیاس و ایمن برای ذخیره‌سازی انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر شود.

محققان دانشگاه‌های گئونگسانگ (Gyeongsang National University)، دونگ‌گوک (Dongguk University) و مؤسسه علوم و فناوری گوانگجو (Gwangju Institute of Science and Technology) در کره جنوبی، روش جدیدی را برای رفع محدودیت‌های باتری‌های یون روی (Zinc Ion Batteries – ZIBs) ارائه کرده‌اند؛ فناوری‌ای که به‌عنوان یکی از گزینه‌های پیشروی نسل آینده باتری‌ها شناخته می‌شود.

باتری‌های یون روی به‌دلیل هزینه نسبتاً پایین و ایمنی بالاتر نسبت به باتری‌های لیتیم-یون، توجه زیادی را در حوزه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا (Energy Storage Systems – ESS) و انرژی‌های تجدیدپذیر به خود جلب کرده‌اند. با این حال، مشکلاتی نظیر کاهش سریع عملکرد در چرخه‌های مکرر شارژ و دشارژ و همچنین خوردگی ناشی از الکترولیت‌های آبی، عمر مفید این باتری‌ها را محدود کرده است.

تیم تحقیقاتی مذکور برای رفع این مشکلات، استفاده از پوشش گرافنی بر روی فویل استیل ضدزنگ به‌عنوان جایگزین جمع‌کننده جریان (current collector) را بررسی کردند. جمع‌کننده جریان، صفحه‌ای فلزی نازک است که نقش انتقال جریان الکتریکی در باتری را ایفا می‌کند. پژوهشگران دریافتند که پوشش گرافن، به همراه عملیات حرارتی برای حذف اکسیدهای سطحی، باعث بهبود رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی این ماده می‌شود.

در این تحقیقات، باتری‌های یون روی ساخته‌شده، ظرفیت‌های ویژه بالایی در حدود ۱٫۹۰ و ۰٫۹۱ میلی‌آمپر ساعت بر سانتی‌متر مربع (mAh cm−۲) در چگالی‌های جریان ۰٫۳ و ۲٫۰ C به‌دست آوردند. همچنین، باتری‌ها طول عمر چرخه‌ای چشمگیری داشتند و پس از ۱۵۰۰ چرخه شارژ و دشارژ در چگالی جریان ۱٫۰ C، هنوز ۸۸.۷ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کردند. این در حالی است که بارگذاری الکترود در این باتری‌ها نسبتاً بالا و معادل ۱۳.۲۷ میلی‌گرم بر سانتی‌متر مربع بوده است.

یکی از نکات کلیدی موفقیت این پروژه، استفاده از روش «رول-به-رول» (roll-to-roll) بود که طی آن فویل فلزی به‌صورت پیوسته حرکت می‌کند و سطح آن به طور یکنواخت با گرافن پوشش داده می‌شود. پس از آن، با یک فرآیند حرارتی ساده در دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، خواص الکتریکی و دوام ماده بهبود یافته است.

پروفسور آن گئون-هیونگ (Ahn Geun-hyeong) که از محققان اصلی این پروژه است، در این باره اظهار داشت: این فناوری جایگزینی است که می‌تواند محدودیت‌های باتری‌های لیتیم-یون موجود در حوزه ذخیره‌سازی انرژی را پشت سر بگذارد.»

وی افزود: «این نوآوری همچنین کمک شایانی به کاهش هزینه‌های انرژی و ارتقای پایداری زنجیره تأمین به‌عنوان یک فناوری پایدار خواهد کرد.

این دستاورد مهم، عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های یون روی را به‌طور قابل توجهی افزایش داده و پایداری چرخه‌ای آن‌ها را بهبود می‌بخشد. بنابراین، امکان توسعه باتری‌های یون روی بزرگ‌مقیاس به عنوان راه‌حلی ایمن، قابل توسعه و با عملکرد بالا بیش از پیش فراهم شده است.

این پیشرفت می‌تواند در آینده نزدیک تحول بزرگی در بازار سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر ایجاد کند، جایی که نیاز به باتری‌هایی ایمن، کم‌هزینه و با طول عمر بالا بیش از پیش احساس می‌شود.