باتری‌های آب: ارزان، قابل بازیافت و ضد انفجار!

آب و وسایل الکترونیکی معمولا با هم ترکیب نمی شوند، اما باتری ها جدید می توانند با مقدار مشخصی از آب کار کنند. دانشمندان با جایگزین کردن الکترولیت های شیمیایی باتری های فعلی با آب، یک "باتری آبی" قابل بازیافت ساخته اند که هم با محیط زیست سازگار است و هم مشکلات فناوری های جدید را حل می کند.

«باتری‌های آب» که به طور رسمی با عنوان «باتری‌های یونی فلزی آبی» شناخته می‌شوند، از فلزاتی مانند منیزیم یا روی استفاده می‌کنند که نسبت به مواد باتری‌های رایج، ارزان‌تر و کم‌خطرتر هستند.

باتری‌ها با برقراری جریان الکترون‌ها که از انتهای مثبت (کاتد) به انتهای منفی (آند) حرکت می‌کنند، انرژی را ذخیره می‌کنند. با جریان یافتن الکترون‌ها در جهت مخالف، باتری انرژی را آزاد می‌کند. مایع درون باتری وظیفه دارد الکترون‌ها را بین دو سر آن جابجا کند. در باتری آبی، به ‌جای مایعاتی مانند اسید سولفوریک یا نمک لیتیوم از آب حاوی مقدار کمی نمک به عنوان مایع الکترولیت استفاده می‌شود.

این تیم تحقیقاتی به تازگی راهی برای جلوگیری از اتصال کوتاه در باتری‌های آبی پیدا کرده‌اند. اتصال کوتاه زمانی اتفاق می‌افتد که جریان الکتریسیته به صورت ناخواسته از مسیری غیرمعمول عبور می‌کند و می‌تواند باعث آسیب به باتری یا حتی آتش‌سوزی شود.در مورد باتری‌های آب، اتصال کوتاه می‌تواند زمانی اتفاق بیفتد که برآمدگی‌های ریز و سوزنی شکل فلزی به نام «دنـدريت» (dendrite) روی آند (قطب منفی) باتری شکل گرفته و باعث سوراخ شدن محفظه‌های داخلی آن شوند. این دندریت‌ها می‌توانند مانند پل‌هایی عمل کنند که جریان الکتریسیته را از آند به کاتد (قطب مثبت) باتری منتقل می‌کنند و باعث اتصال کوتاه می‌شوند.برای حل این مشکل، محققان سطح آند (قطب منفی) باتری ساخته شده از روی را با فلز بیسموت می پوشانند. بیسموت با اکسید شدن، لایه‌ زنگی تشکیل می‌دهد که از رشد دندریت‌ها جلوگیری می کند.

آزمایش‌های محققان نشان داده است که این پوشش محافظ، علاوه بر جلوگیری از رشد دندریت‌ها، باعث افزایش طول عمر نمونه اولیه‌ی باتری‌های آب می‌شود، به گونه‌ای که پس از ۵۰۰ بار شارژ و دشارژ، همچنان بیش از ۸۵ درصد ظرفیت خود را حفظ می‌کند.

هرچند به گفته‌ی سرپرست این تحقیق، تیان‌یی ما (Tianyi Ma)شیمیدان دانشگاه RMIT ملبورنِ استرالیا، بعید به نظر می‌رسد که این فناوری جدید به زودی جایگزین باتری‌های لیتیوم-یونی شود، اما با پژوهش بیشتر، باتری‌های آب می‌توانند تا ده سال آینده به جایگزینی امنی برای باتری‌های لیتیوم-یونی تبدیل شوند.

باتری‌های لیتیوم-یونی در لپ‌تاپ و گوشی‌های هوشمند تا دوچرخه‌های برقی و خودروها وجود دارند. این باتری ها زمانی که خیلی داغ شوند می توانند باعث آتش سوزی شوند. علت بروز چنین اتفاقی در فلز لیتیوم نهفته است. لیتیوم یک نوع فلز فعال است که در محلول یک الکترولیت آلی (ماده‌ای که جریان الکتریکی را هدایت می‌کند) نگه داری می شود. محققان برای حل این مشکل، به دنبال موادی هستند که بتوانند به جای لیتیوم از آن استفاده کرد. این کار هم امنیت باتری را بالاتر می برد و هم عملکرد مشابه آن را ارائه می دهد. یکی از همین کاندیدها، استفاده از آب به عنوان الکترولیت است. باتری‌های آب حاوی فلزاتی مانند منیزیم یا روی است که نسبت به لیتیوم ایمن‌تر و ارزان‌تر هستند.

این تیم در تلاش است تا چگالی انرژی باتری‌های آبی خود را تا حدی برساند که بتوانند با باتری‌های لیتیوم یونی کم‌حجم و قابل حمل که در دستگاه‌های جیبی استفاده می‌شوند، رقابت کنند.