نوشته موسسه فیزیک شیمی دالیان، آکادمی علوم چین -۱۹ دسامبر ۲۰۲۵-محققان سیستم جدیدی را برای باتریهای جریانی مبتنی بر برم با چگالی انرژی بالا، طول عمر بالا و انتقال چند الکترون توسعه میدهند. منبع DICP
یک تغییر جدید در باتریهای جریانی مبتنی بر برم میتواند ذخیرهسازی انرژی در مقیاس بزرگ را ارزانتر، ایمنتر و بسیار طولانیتر کند.باتریهای جریانی مبتنی بر برم، انرژی را از طریق یک واکنش شیمیایی شامل یونهای برومید و برم عنصری ذخیره و آزاد میکنند. این رویکرد مزایای متعددی از جمله مواد اولیه در دسترس، پتانسیل الکتروشیمیایی قوی و حلالیت خوب در الکترولیتهای مایع را ارائه میدهد.
چالش در هنگام شارژ، زمانی که مقادیر زیادی برم تولید میشود، ایجاد میشود. این ماده بسیار واکنشپذیر میتواند به اجزای داخلی باتری آسیب برساند، طول عمر باتری را کاهش دهد و هزینههای کلی را افزایش دهد. افزودنیهای موجود برای اتصال برم به محدود کردن خوردگی کمک میکنند، اما اغلب باعث میشوند الکترولیت به فازهای مختلف تقسیم شود که عملکرد را مختل کرده و طراحی سیستم را پیچیده میکند.
در مطالعهای که (19 دسامبر) در Nature Energy منتشر شد، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور شیانفنگ لی در موسسه فیزیک شیمی دالیان (DICP) آکادمی علوم چین (CAS) یک رویکرد شیمیایی جدید برای باتریهای جریانی مبتنی بر برم معرفی کردند.
محققان یک واکنش انتقال دو الکترونی شامل برم طراحی کردند و با موفقیت آن را در یک باتری جریانی روی-برم ادغام کردند. این کار هم اثبات عملی مفهوم و هم مقیاسبندی موفقیتآمیز به سمت یک سیستم باتری با عمر طولانی را نشان میدهد.
برای دستیابی به این هدف، تیم ترکیبات آمین را به الکترولیت اضافه کرد، جایی که آنها به عنوان جاذب برم عمل میکنند. در طول عملکرد باتری، برم (Br2) تولید شده توسط واکنشهای الکتروشیمیایی به ترکیبات آمین برومینه تبدیل میشود. این فرآیند غلظت Br2 آزاد در الکترولیت را به سطح بسیار پایینی در حدود ۷ میلیمولار کاهش میدهد.
برخلاف واکنش استاندارد که در آن یونهای برمید یک الکترون واحد را برای تشکیل Br2 منتقل میکنند، فرآیند جدید امکان انتقال دو الکترون از یونهای برمید به ترکیبات آمین برومینه را فراهم میکند. این تغییر، چگالی انرژی باتری را افزایش میدهد و در عین حال رفتار خورنده را در داخل سیستم به شدت کاهش میدهد و به باتری کمک میکند تا عمر طولانیتری داشته باشد.
سپس محققان این شیمی را در آزمایشهای عملی بر روی باتریهای جریانی روی-برم اعمال کردند. از آنجا که الکترولیت حاوی Br2 آزاد بسیار کمی است، باتری میتواند با استفاده از یک غشای تبادل یونی غیر فلوئوره معمولی (SPEEK) به طور پایدار کار کند، که به کاهش هزینهها کمک میکند.
در یک سیستم ۵ کیلوواتی، باتری به طور قابل اعتمادی برای بیش از ۷۰۰ چرخه شارژ و دشارژ با چگالی جریان ۴۰ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع کار کرد و به راندمان انرژی بالای ۷۸٪ دست یافت. با غلظت بسیار پایین Br2، هیچ خوردگی در اجزای حیاتی – از جمله جمعکنندههای جریان، الکترودها و غشاها – قبل یا بعد از چرخه مشاهده نشد.
پروفسور لی گفت: «مطالعه ما رویکردی نوین برای طراحی باتریهای جریانی مبتنی بر برم با عمر طولانی ارائه میدهد و پایه و اساس کاربرد و ارتقای بیشتر باتریهای جریانی روی-برم را بنا مینهد.»
