اندی کوربلی -13 ژانویه 2025-امیلی ماهونی، اولین نویسنده مقاله جدید، در آزمایشگاه Malapit
تیمی در دانشگاه نورث وسترن یک محصول زباله صنعتی را به باتری برای ذخیره انرژی پایدار تبدیل کرده است.در حالی که بسیاری از تکرارهای این باتری ها در حال تولید یا در حال تحقیق برای کاربردهای مقیاس شبکه هستند، استفاده از یک مولکول زباله، در این مورد، اکسید تری فنیل فسفین (TPPO) هرگز قبلاً انجام نشده است.
باتری‌های مورد استفاده در تلفن‌ها، دستگاه‌ها و حتی اتومبیل‌های ما متکی به فلزاتی مانند لیتیوم و کبالت هستند که از طریق عملیات استخراج معدنی فشرده به دست می‌آیند. انتظار می رود که تقاضا برای این مواد معدنی حیاتی در چند دهه آینده به شدت افزایش یابد.
در همان زمان، هزاران تن محصول جانبی شناخته شده شیمیایی TPPO هر ساله توسط بسیاری از فرآیندهای سنتز صنعتی ارگانیک، از جمله تولید مکمل های ویتامین، تولید می شود، اما بی فایده می شود و باید پس از تولید به دقت دور ریخته شود.
در مقاله ای که هفته گذشته در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شد، واکنش “یک گلدان” به شیمیدانان اجازه می دهد تا TPPO را به یک محصول قابل استفاده با پتانسیل قدرتمند برای ذخیره انرژی تبدیل کنند و دری را برای دوام طولانی مدت در آینده باز کند. نوع باتری تصور شده به نام باتری های “ردوکس جریان”.
کریستین مالاپیت، شیمیدان نورث وسترن و نویسنده اصلی این مقاله گفت: «تحقیقات باتری به طور سنتی تحت سلطه مهندسان و دانشمندان مواد بوده است. شیمیدان‌های مصنوعی می‌توانند با مهندسی مولکولی یک محصول پسماند آلی به یک مولکول ذخیره‌کننده انرژی در این زمینه مشارکت داشته باشند. کشف ما پتانسیل تبدیل ترکیبات زباله به منابع ارزشمند را نشان می‌دهد و مسیری پایدار برای نوآوری در فناوری باتری ارائه می‌دهد.
انتظار می‌رود بازار باتری‌های جریان ردوکس بین سال‌های 2023 تا 2030 15 درصد افزایش یابد و به ارزش 720 میلیون دلار در سراسر جهان برسد. برخلاف لیتیوم و سایر باتری‌های حالت جامد که انرژی را در الکترودها ذخیره می‌کنند، باتری‌های جریان ردوکس از یک واکنش شیمیایی برای پمپاژ انرژی بین الکترولیت‌ها به عقب و جلو استفاده می‌کنند، جایی که انرژی آنها ذخیره می‌شود. اگرچه باتری‌های جریان ردوکس در ذخیره‌سازی انرژی کارآمد نیستند، اما تصور می‌شود که راه‌حل‌های بسیار بهتری برای ذخیره‌سازی انرژی، اگر در تلفن‌های همراه ما نباشد، در مقیاس خود شبکه هستند.
امیلی ماهونی، دکترا، گفت: «نه تنها می‌توان از یک مولکول آلی استفاده کرد، بلکه می‌تواند به چگالی انرژی بالا دست یابد – نزدیک‌تر شدن به رقبای مبتنی بر فلز خود – همراه با پایداری بالا “این دو پارامتر به طور سنتی برای بهینه سازی با هم چالش برانگیز هستند، بنابراین نشان دادن این موضوع برای مولکولی که از زباله مشتق می شود بسیار هیجان انگیز است.”
برای دستیابی به چگالی انرژی و پایداری، این تیم نیاز به شناسایی استراتژی داشت که به الکترون‌ها اجازه می‌داد بدون از دست دادن ظرفیت ذخیره‌سازی در طول زمان، در محلول به‌طور محکم در کنار هم قرار گیرند.
سپس، برای ارزیابی انعطاف‌پذیری مولکول به‌عنوان عامل ذخیره انرژی بالقوه، تیم آزمایش‌هایی را با استفاده از آزمایش‌های بار و تخلیه الکتروشیمیایی ساکن مشابه فرآیند شارژ باتری، استفاده از باتری، و سپس شارژ مجدد آن، بارها و بارها انجام داد. پس از 350 چرخه، باتری سلامت قابل توجهی را حفظ کرد و در طول زمان ظرفیت ناچیزی را از دست داد.
مالاپیت گفت: «این اولین نمونه از استفاده از اکسیدهای فسفین به عنوان جزء فعال ردوکس در تحقیقات باتری است. به طور سنتی، اکسیدهای فسفین احیا شده بسیار ناپایدار هستند. رویکرد مهندسی مولکولی ما به این بی‌ثباتی می‌پردازد و راه را برای کاربرد آن در ذخیره‌سازی انرژی هموار می‌کند.»
در همین حال، این گروه امیدوار است که سایر محققان این ایده را انتخاب کنند و شروع به کار با TPPO برای بهینه سازی بیشتر و بهبود پتانسیل آن کنند.
