محققان دانشگاه هاروارد پس از سالها پیشرفت در باتری جریان آلی ، با مشکل روبرو شدند: مولکولهای آلی آنتراکینون آلی که باتری خود را از کار می اندازند به آرامی با گذشت زمان تجزیه می شوند و باعث کاهش سودمندی طولانی مدت باتری می شوند.
اکنون محققان به سرپرستی مایکل عزیز ، استاد ژن و تریسی سایکس ، استاد مواد و فناوریهای انرژی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشکده مهندسی هاروارد جان A. پالسون (SEAS) و روی گوردون ، توماس دادلی کابوت ، استاد شیمی و استاد از Science Material — نه تنها نحوه تجزیه مولكولها بلكه چگونه می توان تجزیه و حتی تجزیه را معكوس كرد.
مولکول مرگ آور ، که در مقاله خود DHAQ نامیده می شود اما در آزمایشگاه لقب "زامبی کوینون" را دارد ، ارزانترین تولید برای تولید در مقیاس بزرگ است. روش جوانسازی تیم باعث کاهش سرعت محو شدن باتری حداقل یک عامل 40 می شود ، در حالی که این امکان را می دهد تا باتری کاملاً از مواد شیمیایی کم هزینه تشکیل شود.
این تحقیق در ژورنال جامعه شیمیایی آمریکا منتشر شده است .
عزیز گفت: "اگر باتری های جریان آلی نفوذ گسترده ای به بازار داشته باشند ، هزینه تولید انبوه بسیار مهم است." "بنابراین ، اگر ما می توانیم از این تکنیک ها برای افزایش عمر DHAQ به ده ها سال استفاده کنیم ، پس یک شیمی برنده داریم."
گوردون گفت: "این یک گام بزرگ در پیشبرد ماست تا بتوانیم سوخت های فسیلی را با برق تجدید پذیر متناوب جایگزین کنیم."
از سال 2014 ، Aziz ، Gordon و تیم آنها در پیشبرد توسعه باتریهای آبی آلی ایمن و مقرون به صرفه برای ذخیره انرژی از منابع تجدید پذیر متناوب مانند باد و خورشیدی و تحویل آن در هنگام باد وزش باد و آفتاب نیستند. درخشان باتریهای آنها از مولکول هایی به نام آنتراکینون ها استفاده می کنند که از عناصر طبیعی فراوانی مانند کربن ، هیدروژن و اکسیژن برای ذخیره و آزاد سازی انرژی استفاده می شوند.
در ابتدا ، محققان فکر می کردند که طول عمر این مولکولها بستگی به چند بار شارژ و تخلیه باتری دارد ، مانند باتری های الکترود جامد مانند یون لیتیوم. با این حال ، در آشتی دادن نتایج متناقض ، محققان دریافتند که این عناصر سنگی با گذشت زمان ، به آرامی در حال تجزیه می شوند ، صرف نظر از اینکه چند بار از باتری استفاده شده است. آنها دریافتند که میزان تجزیه به سن تقویم مولکولها است ، نه چند بار که آنها بارگیری و تخلیه شده اند.
این کشف باعث شد محققان مکانیسم هایی پمپ انتقال نیرو وکیوم را تجزیه کنند که مولکول ها تجزیه می شوند.
گوردون گفت: "ما دریافتیم که این مولکولهای آنتراکینون ، که دو اتم اکسیژن در یک حلقه کربن ساخته شده اند ، تمایل کمی به از دست دادن یکی از اتم های اکسیژن خود هنگام شارژ شدن دارند و به یک مولکول متفاوت تبدیل می شوند." "هنگامی که این اتفاق می افتد ، یک واکنش زنجیره ای از وقایع آغاز می شود که منجر به از بین رفتن غیر قابل برگشت مواد ذخیره انرژی می شود."
محققان دو روش برای جلوگیری از این واکنش زنجیره ای پیدا کردند. اولین: مولکول را در معرض اکسیژن قرار دهید. این تیم دریافتند که اگر این مولکول فقط در قسمت مناسب چرخه تخلیه خود در معرض هوا باشد ، اکسیژن را از هوا می گیرد و به مولکول اصلی آنتراکینون تبدیل می شود - گویا از مردگان باز می گردد. یک آزمایش واحد 70 درصد ظرفیت گمشده را از این طریق کشف کرد.
دوم ، تیم دریافتند که شارژ بیش از حد باتری شرایطی را ایجاد می کند که تجزیه را تسریع می کند. جلوگیری از شارژ بیش از حد ، عمر را با ضریب 40 افزایش می دهد.
عزیز گفت: "در کار های آینده ، ما باید تعیین کنیم که چقدر ترکیب این روشها می تواند طول عمر باتری را افزایش دهد اگر ما آنها را درست مهندسی کنیم."
گوردون گفت: "مکانیسم های تجزیه و تولد دوباره احتمالاً برای همه آنتراكینونها مهم هستند و آنتراكینونها بهترین مولكولهای ارگانیك شناخته شده و امیدواركننده برای باتریهای جریان هستند."
Imre Gyuk ، مدیر دفتر انرژی دفتر برنامه ذخیره سازی برق گفت: "این کار مهم نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی به سمت باتری های کم مصرف و طولانی مدت است." "چنین دستگاه هایی لازم است تا شبکه برق بتواند مقادیر فزاینده ای از تولید تجدیدپذیر سبز اما متغیر را جذب کند."
محققان دانشگاه هاروارد پس از سالها پیشرفت در باتری جریان آلی ، با مشکل روبرو شدند: مولکولهای آلی آنتراکینون آلی که باتری خود را از کار می اندازند به آرامی با گذشت زمان تجزیه می شوند و باعث کاهش سودمندی طولانی مدت باتری می شوند.
اکنون محققان به سرپرستی مایکل عزیز ، استاد ژن و تریسی سایکس ، استاد مواد و فناوریهای انرژی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشکده مهندسی هاروارد جان A. پالسون (SEAS) و روی گوردون ، توماس دادلی کابوت ، استاد شیمی و استاد از Science Material — نه تنها نحوه تجزیه مولكولها بلكه چگونه می توان تجزیه و حتی تجزیه را معكوس كرد.
مولکول مرگ آور ، که در مقاله خود DHAQ نامیده می شود اما در آزمایشگاه لقب "زامبی کوینون" را دارد ، ارزانترین تولید برای تولید در مقیاس بزرگ است. روش جوانسازی تیم باعث کاهش سرعت محو شدن باتری حداقل یک عامل 40 می شود ، در حالی که این امکان را می دهد تا باتری کاملاً از مواد شیمیایی کم هزینه تشکیل شود.
این تحقیق در ژورنال جامعه شیمیایی آمریکا منتشر شده است .
عزیز گفت: "اگر باتری های جریان آلی نفوذ گسترده ای به بازار داشته باشند ، هزینه تولید انبوه بسیار مهم است." "بنابراین ، اگر ما می توانیم از این تکنیک ها برای افزایش عمر DHAQ به ده ها سال استفاده کنیم ، پس یک شیمی برنده داریم."
گوردون گفت: "این یک گام بزرگ در پیشبرد ماست تا بتوانیم سوخت های فسیلی را با برق تجدید پذیر متناوب جایگزین کنیم."
از سال 2014 ، Aziz ، Gordon و تیم آنها در پیشبرد توسعه باتریهای آبی آلی ایمن و مقرون به صرفه برای ذخیره انرژی از منابع تجدید پذیر متناوب مانند باد و خورشیدی و تحویل آن در هنگام باد وزش باد و آفتاب نیستند. درخشان باتریهای آنها از مولکول هایی به نام آنتراکینون ها استفاده می کنند که از عناصر طبیعی فراوانی مانند کربن ، هیدروژن و اکسیژن برای ذخیره و آزاد سازی انرژی استفاده می شوند.
در ابتدا ، محققان فکر می کردند که طول عمر این مولکولها بستگی به چند بار شارژ و تخلیه باتری دارد ، مانند باتری های الکترود جامد مانند یون لیتیوم. با این حال ، در آشتی دادن نتایج متناقض ، محققان دریافتند که این عناصر سنگی با گذشت زمان ، به آرامی در حال تجزیه می شوند ، صرف نظر از اینکه چند بار از باتری استفاده شده است. آنها دریافتند که میزان تجزیه به سن تقویم مولکولها است ، نه چند بار که آنها بارگیری و تخلیه شده اند.
این کشف باعث شد محققان مکانیسم هایی پمپ انتقال نیرو وکیوم را تجزیه کنند که مولکول ها تجزیه می شوند.
گوردون گفت: "ما دریافتیم که این مولکولهای آنتراکینون ، که دو اتم اکسیژن در یک حلقه کربن ساخته شده اند ، تمایل کمی به از دست دادن یکی از اتم های اکسیژن خود هنگام شارژ شدن دارند و به یک مولکول متفاوت تبدیل می شوند." "هنگامی که این اتفاق می افتد ، یک واکنش زنجیره ای از وقایع آغاز می شود که منجر به از بین رفتن غیر قابل برگشت مواد ذخیره انرژی می شود."
محققان دو روش برای جلوگیری از این واکنش زنجیره ای پیدا کردند. اولین: مولکول را در معرض اکسیژن قرار دهید. این تیم دریافتند که اگر این مولکول فقط در قسمت مناسب چرخه تخلیه خود در معرض هوا باشد ، اکسیژن را از هوا می گیرد و به مولکول اصلی آنتراکینون تبدیل می شود - گویا از مردگان باز می گردد. یک آزمایش واحد 70 درصد ظرفیت گمشده را از این طریق کشف کرد.
دوم ، تیم دریافتند که شارژ بیش از حد باتری شرایطی را ایجاد می کند که تجزیه را تسریع می کند. جلوگیری از شارژ بیش از حد ، عمر را با ضریب 40 افزایش می دهد.
عزیز گفت: "در کار های آینده ، ما باید تعیین کنیم که چقدر ترکیب این روشها می تواند طول عمر باتری را افزایش دهد اگر ما آنها را درست مهندسی کنیم."
گوردون گفت: "مکانیسم های تجزیه و تولد دوباره احتمالاً برای همه آنتراكینونها مهم هستند و آنتراكینونها بهترین مولكولهای ارگانیك شناخته شده و امیدواركننده برای باتریهای جریان هستند."
Imre Gyuk ، مدیر دفتر انرژی دفتر برنامه ذخیره سازی برق گفت: "این کار مهم نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی به سمت باتری های کم مصرف و طولانی مدت است." "چنین دستگاه هایی لازم است تا شبکه برق بتواند مقادیر فزاینده ای از تولید تجدیدپذیر سبز اما متغیر را جذب کند."
زمستان می تواند یک مزاحمت مزرعه خورشیدی برای شبکه برق باشد