25 اکتبر 2021، توسط ملیسا فاسبندر، دانشگاه شیکاگو- سولفیدهای آهن لایه ای با کاتیون‌های تعبیه شده. اعتبار: جان اندرسون
جان اندرسون، استادیار دپارتمان شیمی در دانشگاه شیکاگو، ماده‌ای را به ثبت رسانده است که می‌تواند انرژی را به طور کارآمدتر و پایدارتر از روش‌های فعلی ذخیره و تولید کند. ماده اختراع شده مبتنی بر سولفید آهن به صورت پودر حجیم که به صورت یک لایه نازک که بر روی یک ماده زیرلایه قرار می‌گیرد ساخته می‌شود.
اندرسون گفت: محققان علاقه‌مند به کشف مواد جدیدی بودند که عملکرد بهبود یافته یا هزینه‌های کمتری را برای طرح‌های ذخیره انرژی ارائه می‌دهند. این شامل الکترودهای مورد استفاده در دستگاه‌های ابرخازن مانند وسایل نقلیه الکتریکی و غیره است. الکترودها همچنین می‌توانند در باتری‌های لیتیومی و سدیمی برای دستگاه‌های الکترونیکی استفاده شوند و در ذخیره سازی انرژی شبکه کاربرد داشته باشند.
اندرسون توضیح داد: آن‌چه در مورد کشف ما هیجان‌انگیز است این است که می‌توانیم ماده‌ای را که مورد بررسی قرار گرفته است، سولفید آهن، و ساختار آن را بصورت نانوصفحات بسازیم. این نانوصفحات باید شارژ سریع‌تر و برگشت‌پذیرتری را در کاربردهای باتری ایجاد کنند.
اثبات این مفهوم از طریق سنتز آزمایشگاهی نشان داده شده است. کاربردهای فوری از این اختراع به عنوان کاتد، به طور بالقوه در باتری‌های گوگردی استفاده می‌کنند. در صورت بهینه سازی، مواد می‌توانند الکترولیت‌های حالت جامد یا کاتد برای انواع باتری‌ها باشند.
او گفت که در مورد مراحل بعدی، بزرگترین مانع در حال حاضر افزایش پایداری مواد است – که برای هر کاربرد مهم خواهد بود. اندرسون اضافه کرد: «همانطور که جامعه به طور فزاینده‌ای برق‌دار می‌شود، تقاضا برای باتری‌ها و در نتیجه مواد خامی که آن‌ها را تشکیل می‌دهند، بیشتر و بیشتر می‌شود. آن‌چه در مورد این تحقیق هیجان انگیز است این است که مواد ما از دو مورد از ارزان‌ترین و فراوان‌ترین عناصر روی کره زمین تشکیل شده است: آهن و گوگرد.»
با توجه به چشم انداز انرژی جدید 2020 BloombergNEF، یک تحلیل سناریوی بلندمدت در مورد آینده اقتصاد انرژی، ظرفیت انرژی در سراسر جهان بین سال‌های 2019 تا 2050 تقریباً سه برابر می‌شود.
این گزارش خاطرنشان کرد: فسفات لیتیوم-آهن به دلیل استفاده از آن در وسایل نقلیه الکتریکی تجاری، اتوبوس‌های برقی و ذخیره سازی ثابت، تقاضای بالایی خواهد داشت و افزود که این امر مستلزم افزایش چشمگیر ظرفیت تولید باتری و تامین مواد خام است.
علاوه بر این، طبق این گزارش:
- تقاضای باتری تا سال 2030 به 2 تراوات ساعت می‌رسد که از کمتر از 230 گیگاوات ساعت در سال 2019 افزایش یافته است.
- انرژی‌های تجدیدپذیر از 35 درصد در سال 2019 به 68 درصد در سال 2050 افزایش می‌یابد.
- ظرفیت انرژی سوخت فسیلی از 56 درصد در سال 2019 به 24 درصد در سال 2050 کاهش می‌یابد.
اندرسون در حال کار بر روی توسعه مواد اساسی جدید و نواورانه است تا به بهبودهای چشمگیری در عملکرد باتری و هزینه پی ببرد. تحقیقات او بر توسعه شیمی مصنوعی معدنی برای حل مشکلات مربوط به طبیعت، انرژی و مواد جدید متمرکز است.
اندرسون خاطرنشان کرد: «آینده ذخیره انرژی متکی به فناوری‌های جدید باتری خواهد بود. با وجود این، مواد اساسی که ما برای باتری‌ها استفاده می‌کنیم ده‌ها سال قدمت دارند. در حالی که این مواد برای عملکرد عالی در این مرحله بسیار بهینه شده‌اند، هنوز یک محدودیت اساسی برای عملکرد باتری وجود دارد که توسط ترکیب آن‌ها تحمیل شده است.»
https://techxplore.com
