استفاده از آهن برای افزایش طول عمر و پایداری باتری‌های سدیم‌یونی

پژوهشگران با ارائه راهکاری نوین مبتنی بر استفاده از آهن در ساختار کاتد، موفق به افزایش چشمگیر طول عمر و پایداری باتری‌های سدیم‌یونی شده‌اند. این دستاورد علمی می‌تواند تولید باتری‌های ارزان‌قیمت و پرانرژی را تسریع کند.

چالش‌های ساختاری در باتری‌های سدیم‌یونی

در حالی که باتری‌های لیتیوم‌یونی همچنان بازار را در اختیار دارند، باتری‌های سدیم‌یونی به دلیل فراوانی سدیم در طبیعت، جایگزینی بسیار اقتصادی محسوب می‌شوند. با این حال، استفاده از اکسیدهای لایه‌ای در کاتدها با یک مشکل اساسی روبروست: اکسیژن در حین واکنش‌های شیمیایی، ساختار را آسیب می‌بیند و باعث کاهش عملکرد می‌شود.

مطالعات نشان داده‌اند که در چرخه های مکرر شارژ و دشارژ، اکسیژن اکسیدشده نمی‌تواند به حالت اولیه خود بازگردد که این امر منجر به تخریب کاتد و کاهش عمر مفید باتری می‌گردد.

نقش آهن به عنوان واسطه واکنش‌های شیمیایی

دانشمندان دانشگاه نانجینگ با طراحی ماده‌ای جدید حاوی سدیم، منگنز، منیزیم و آهن، توانسته‌اند این مشکل را حل کنند. در این ساختار جدید، یون‌های آهن به عنوان واسطه‌های اکسایش-کاهش عمل می‌کنند:

• در مرحله شارژ: یون‌های آهن با بار ۴ مثبت (Fe⁴⁺) الکترون‌ها را از اتم‌های اکسیژن دریافت می‌کنند.
• در مرحله دشارژ: یون‌های آهن با بار ۲ مثبت (Fe²⁺) الکترون‌ها را به اکسیژن بازمی‌گردانند.

این فرآیند هوشمندانه باعث شده است که میزان برگشت‌پذیری واکنش‌های اکسیژن از ۷۵ درصد به رقم خیره‌کننده ۹۹ درصد برسد.

بررسی عملکرد و پایداری باتری جدید

آزمایش‌های انجام شده بر روی سلول‌های کیسه‌ای (Pouch Cell) با این کاتد جدید، نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای را به ثبت رسانده است. داده‌های استخراج شده در جدول زیر خلاصه عملکرد این فناوری را نشان می‌دهد:

نتیجه‌گیری و چشم‌انداز تجاری

این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از آهن می‌تواند پایداری چرخه‌ای باتری‌های سدیم‌یونی را به شدت بهبود بخشد. این موفقیت علمی گامی استراتژیک در جهت تجاری‌سازی باتری‌های جایگزین و کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی در جهان محسوب می‌شود.