جادوی باتری سدیم-یون؛ ۷۰۰ درصد افزایش ظرفیت

مطالعه‌ی جدیدی که توسط پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام به‌انجام رسیده، نشان‌دهنده‌ی پیشرفت‌های متعدد در مسیر توسعه‌ی باتری‌های سدیم-یون است. در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یون، که در دستگاه‌های همراه کنونی مورد استفاده قرار می‌گیرند، باتری‌های سدیم-یون می‌توانند تا ۷ برابر انرژی بیشتری را در خود ذخیره کنند.

پژوهشگران مقاله‌ای را با عنوان «باتری‌های سدیم-یون جدید با ظرفیت بالا می‌توانند جایگزین باتری‌های شارژ شونده‌ی لیتیومی شوند» در «نشریه‌ی علمی جامعه‌ی شیمی ایالات‌متحده» به چاپ رسانده‌اند و در این مقاله به بزرگترین مشکل پیش روی این باتری‌ها اشاره کرده‌اند. در باتری‌های لیتیوم-یون از لایه‌های گرافیت کربن استفاده می‌شود؛ اما مشکل این است که یون‌های سدیم به‌اندازه‌ای بزرگ هستند که نمی‌توانند در میان چنین لایه‌هایی قرار گیرند.

یکی از راهکارهای پیشنهاد شده در این زمینه، استفاده از بسترهای شیشه‌ای یا دیگر موارد است؛ با این حال در حال حاضر پیشرفت چندانی در زمینه‌ی یادشده صورت نگرفته؛ اما مطالعه‌ی انجام شده توسط پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام از «فسفر» به‌عنوان بهترین عنصر میانجی در این باتری‌ها نام می‌برد. انتخاب فسفر به‌عنوان عنصر میانجی، حاصل اجرای مدل‌های کوانتومی پیچیده با استفاده از چندین ابررایانه در سال ۲۰۱۶ بوده و پس از آن نیز پژوهش‌هایی در رابطه با این انتخاب صورت گرفته است.

این مطالعات نشان می‌دهند که فسفر در زمان شارژ شدن ساختارهایی به شکل «پیچه» ایجاد می‌کند و ترکیب نهایی باتری‌های سدیم-یونِ فسفری از نظر وزنی هفت برابر بیشتر از باتری‌های فعلی است. به گفته‌ی دانشمندان، باتری‌های سدیم-یون می‌توانند مشکلاتی همچون در دسترس نبودن مواد اولیه و سرعت شارژ مجدد را حل کنند.

البته این مسئله چندان هم تعجب برانگیز نیست، چرا که فسفر از نظر فراوانی در زمین در رتبه‌ی یازدهم قرار می‌گیرد. سدیم نیز، که از مشتقات سدیم کلرید است و بیشتر با نام «نمک» شناخته می‌شود، ششمین عنصر رایج در زمین محسوب می‌شود. با توجه به افزایش تقاضا برای ابزارهای ذخیره‌سازی انرژیِ قابل‌حمل، استفاده از این مواد می‌تواند جهت مقابله با چالش‌های مربوطه کارساز باشد. شایان ذکر است که نه‌تنها استخراج لیتیوم کار آسانی نیست، بلکه برای فرآوری آن نیز مقادیر زیادی آب آشامیدنی مصرف می‌شود.

علاوه بر آن‌چه تاکنون گفته شد، تحقیقات آتی ممکن است نشان دهنده‌ی این مسئله باشند که ترکیب فسفر و سدیم-یون، احتمالا مشکلات مربوط به عدم پایداری باتری‌های لیتیوم-یون و گرایش آن‌ها به آتش گرفتن و انفجار را هم حل خواهند کرد؛ بدین معنی که باتری‌های سدیم-یون، نه‌تنها ضرر کمتری به طبیعت وارد می‌کنند و ارزان‌تر هستند؛ بلکه خطرات انسانی مستقیم و غیرمستقیم آن‌ها هم کمتر است.

باید به‌خاطر داشته باشیم که هنوز هم نیازمند انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه هستیم و تنها در صورتی که همه‌ی این تحقیقات به نتایج مطلوب دست پیدا کنند، باتری‌های سدیم-یون به منبع انرژی بعدی در دستگاه‌های الکترونیکی تبدیل خواهند شد. باتری‌های لیتیوم-یون نیز پس از یک دهه تحقیق و پژوهش به‌عنوان گزینه‌ی استاندارد برای ابزارهای الکترونیکی انتخاب شدند.

دانشمندانی که در حال تحقیق روی باتری‌های سدیم-یون هستند، سخنی از آماده بودن فناوری یادشده برای مصارف تولیدی به‌میان نیاورده‌اند و به این مسئله هم اشاره نکرده‌اند که این باتری‌ها برای استفاده‌ی روزمره آماده هستند؛ پس در حال حاضر نمی‌توانیم در رابطه با آینده‌ی این باتری‌ها کاملا خوش‌بین باشیم.