تولید باتری‌های «روی-هوا» از ضایعات صنعت کاغذ

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «جهانِ شیمی»‌، این باتری تولید شده از سلولز و لیگنین، یک چگالی نیروی بالا را نشان داده و در دمای بالا قابل بهره‌برداری است و در عین حال مشکل قدیمی رشد دندریت (dendrite) را هم ایجاد نمی‌کند.

باتری‌های «روی- هوا» (Zinc–air) به علت هزینه پایین و چگالی بالای انرژی از محبوبیت برخوردار هستند. این باتری‌ها همچنین با محیط زیست سازگار هستند و پروفایل ایمنی خوبی دارند بطوری که هیچیک از خطرات گرمایی مرتبط با باتری‌های لیتیوم-یونی را ندارند. این مزایا موجب تسهیل استفاده از آنها در وسایل الکترونیکی مانند سمعک می‌شود.

این باتری‌ بر پایه چوب که توسط «لی ژانگ» از دانشگاه فناوری «کیلو» (Qilu) در کشور چین و همکاران او ساخته شده است، از یک کاتالیست تک اتمی آهن به عنوان کاتد هوا و همچنین از لیگنین گرفته شده از نوشیدنی سیاه (black liquor) به عنوان منبع کربن استفاده می‌کند.

این مطالعه مشخص کرده است که کاتالیست تک اتمی عملکرد بسیار خوب و ممتازی در زمینه واکنش کاهش اکسیژن نشان می‌دهد و ناحیه سطحی مشخص از بسیاری از کاتالیست‌های تک اتمی بر پایه آهن فراتر می‌رود. در مقابل، کاتالیست‌های تک‌اتمی سنتی بر پایه فلز، در زمان واکنش‌های کاهش اکسیژن و تحول اکسیژن اغلب با مشکل انتقال آهسته الکترون رو به رو می‌شوند.

این باتری همچنین حاوی یک الکترولیت حالت جامد از ارگانوژل الکل پلی‌وینیل (polyvinyl ) است که با نانوسلولزهای گرفته شده از چوب نیز تقویت شده است.

این الکترولیت تقویت شده با سلولز در مقایسه با الکترولیت‌های هیدروژل آلکالاین متعارف ، انعطاف‌پذیری و قدرت مکانیکی بهتری نشان داده و همچنین ظرفیت نگهداری آب و رسانایی یونی آن نیز افزایش یافته که این مساله پایداری و دوام کارکرد آن را تضمین می‌کند.

این مطالعه خاطرنشان می‌کند که این باتری «چگالی نیروی بالا و پایداری چرخه‌ای قابل ملاحظه‌ای» در طیف دمایی گسترده‌ای از منفی ۶۰ درجه تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد نشان داده است که تاکیدی بر پتانسیل آن برای کاربردهای پاک و غیرآلاینده ذخیره‌سازی و تبدیل انرژی است.

علاوه بر کاربردهای باتری‌های روی‌-هوا در وسایلی مانند سمعک همچنین علاقه فزاینده‌ای به کاربرد این باتری‌ها در ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ‌تر بخصوص در محیط‌های چالشی‌تر وجود دارد. با این حال این یک مطالعه در مقیاس کوچک با استفاده از یک منبع واحد چوب بخصوص چوپ اکالیپتوس بوده است و برای کاربردهای گسترده‌تر باید به سوالاتی در خصوص استفاده از منابع چوب دیگر هم پاسخ داده شود.