در دنیایی که به سرعت به سمت اتومبیل های برقی ، هواپیماهای بدون سرنشین ، تلفن های هوشمند و کاوشگرهای فضایی حرکت می کند ، توسعه باتری های ایمن تر ، کارآمدتر و با دوام تر یک چالش بزرگ است. در همین راستا ، تیمی از محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا گام مهمی برداشته اند.
یکی از اصلی ترین چالش ها هنوز ایمنی ، کارآیی و دوام باتری ها در دنیایی است که به سرعت به سمت اتومبیل های برقی ، هواپیماهای بدون سرنشین ، تلفن های هوشمند و کاوشگرهای فضایی حرکت می کند. در همین راستا ، تیمی از محققان در دانشگاه ایالتی فلوریدا در ایالات متحده دستاورد چشمگیری داشته اند. آنها با ترکیب یک پلیمر مشترک با یک پلیمر باردار خاص ، گام مهمی در جهت تهیه باتری های ایمن تر و پرانرژی تر برداشته اند.
پشت پرده پیشرفت بزرگی در مواد باتری
این پروژه علمی توسط دکتر دانیل هالینان جونیور ، دانشیار مهندسی شیمیایی و بیولوژیکی و دانشجوی سابق دکترا مایکل پاتریک بلات هدایت شد. آنها از پلی اتیلن اکسید (PEO) استفاده کردند که به دلیل هدایت زیاد و استحکام مکانیکی در ساخت باتری های لیتیوم یون محبوب است. این ترکیب با یک پلیمر جدید باردار سفارشی به نام P5 ترکیب شد.
نتیجه این ترکیب تغییرات قابل توجهی در رفتار ترکیب مواد نشان داد. در حقیقت ، این مطالعه ، برای اولین بار ، از نظر تجربی تأیید کرده است که حتی مقادیر کمی از بار الکتریکی می تواند تأثیر عمیقی بر ساختار و ترکیب نهایی پلیمرها داشته باشد. به گفته تیم تحقیق ، این یافته ها می تواند طراحی نسل جدیدی از الکترولیت ها و غشاهای باتری را تغییر دهد.
از جدایی فازی گرفته تا ترکیب پایدار: جزئیات علمی آزمایش
محققان مخلوط هایی را با نسبت های مختلف PEO و P5 آزمایش کردند. آنها دریافتند که وقتی درصد P5 بسیار کم بود ، مخلوط به جای ترکیب یکنواخت به دو لایه جداگانه تقسیم می شد. اما با افزایش غلظت p5 ، مواد به طور یکنواخت حل می شوند و یک ساختار پلیمری پایدار را تشکیل می دهند.
این مشاهدات همزمان با مدلهای نظری قبلی بود و به محققان این امکان را می دهد تا معادلات جدیدی را برای پیش بینی رفتار ترکیبات پلیمری در دماهای مختلف تهیه کنند. این مدل ها نقطه ذوب ، نقطه انتقال فاز و سایر ویژگی های حرارتی را برای طراحی باتری مؤثرتر روشن می کنند.
وی گفت: “اکنون می توانیم قبل از رسیدن به آزمایش یا سنتز ، ترکیبات نامناسب پلیمری را از بین ببریم ، این به معنای صرفه جویی در وقت ، انرژی و هزینه است.”
باتری های حالت ؛ آینده ذخیره انرژی
این تحقیق به ویژه برای توسعه باتری های لیتیوم-لایتیوم ، که جایگزین باتری های لیتیوم یون امروز هستند ، بسیار مهم است. در این نوع باتری ها ، به جای استفاده از مایعات قابل اشتعال ، الکترولیتهای جامد از الکترولیتهای جامد استفاده می کنند ، که به طور چشمگیری خطر آتش سوزی را کاهش می دهد.
“عبور از باتری های سنتی برای باتری های حالت ، مانند تعویض فانوس روغن با شمع است.” آسانتر ، ایمن تر و مطمئن تر. “
این تیم با استفاده از چسب های پلیمری رسانا که یونها می توانند آزادانه حرکت کنند ، سعی در تولید غشاهای نازک و انعطاف پذیر برای باتری های Modelar دارند. ویژگی ای که باعث می شود باتری باتری طولانی تر و طولانی تر باشد.
پشت -فناوری -سالهای فن آوری های فردا
از اتومبیل های برقی و تلفن های هوشمند گرفته تا هواپیماهای بدون سرنشین و پروب های فضایی ، همه آنها به باتری های ایمن تر ، سبک تر ، بادوام و توانمندتر احتیاج دارند. با تأکید بر نقش پلیمرهای مدرن ، این مطالعه نوید آینده ای را می دهد که در آن باتری ها نه تنها عملکرد بهتری دارند بلکه باعث کاهش نگرانی های ایمنی نیز می شوند.
جالب است بدانید که بیش از 5 میلیون دستگاه الکترونیکی در سال فقط به باتری های قابل شارژ در ایالات متحده نیاز دارند. در حالی که بازار باتری جهانی لیتیوم یون در سال بیش از 5 میلیارد دلار ارزش دارد ، پیش بینی می شود به بیش از 5 میلیارد دلار برسد. این بدان معنی است که هر نوآوری کوچک تأثیر بسیار زیادی خواهد داشت.
مطالعه جدید محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا فقط یک دستاورد علمی نیست. نقطه عطف در توسعه باتری های ایمن تر برای دنیای هوشمند آینده انعطاف پذیرتر و پایدار است. ترکیب هوشمندانه پلیمرهای مشترک با پلیمرهای باردار ، همراه با استفاده از مدلهای پیش بینی دقیق ، می تواند رشد نسل بعدی باتری ها را تا حد زیادی افزایش دهد.
با چنین پیشرفت هایی می توان امیدوار بود که ذخیره انرژی آینده یک چالش نخواهد بود ، بلکه بستری برای نوآوری و رشد هوشمندانه در همه صنایع است.
