hossien
3rd January 2010, 09:54 AM
تا به حال چيزي از باتري تنفسي شنيده‌ايد؟ درست شنيديد منظورم باتري است كه درست مثل همه موجودات زنده اكسيژن نفس مي‌كشد!
قضيه از اين قرار است كه دانشمندان با كمك يك تكنيك جديد موفق به ابداع نوعي باتري ليتيومي جديد موسوم به باتري تنفسي شده‌اند كه قادر است 10 برابر بيشتر انرژي ذخيره كند. گويا اين باتري‌هاي يون ليتيوم كه در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌هاي بي‌سيم استفاده مي‌شوند، قرار است در آينده در خودروهاي برقي نيز مورد استفاده قرار بگيرند.
افزايش ظرفيت باتري‌ها با 2 o
شيميدان‌ها در انگليس راهي براي برطرف كردن محدوديت‌ها و افزايش ظرفيت ذخيره انرژي در درون باتري‌ها پيدا كرده‌اند. بدين منظور اين دانشمندان به باتري اجازه مي‌دهند كه اكسيژن موجود در هوا را استنشاق كند. جالب است بدانيد كه مانع اصلي براي افزايش حجم انرژي در باتري‌هاي ليتيومي، الكترود مثبت است. همه دانشمندان مي‌خواهند روشي را براي افزايش مقدار انرژي ذخيره شدني در اين باتري‌ها پيدا كنند تا ظرفيت آنها را بالا ببرد.
بعلاوه باتري تنفسي ديگري نيز توسط دانشمندان ابداع شده است كه از باتري‌هاي هوا روي گرفته شده و در ابزار كمك شنوايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين باتري انرژي خود را از واكنش عنصر روي با اكسيژن موجود در هوا به دست مي‌آورد.
باتري‌هاي ليتيومي و حل بحران انرژي
بحران انرژي يكي از موضوعاتي است كه بشدت مورد توجه جوامع امروزي است. سوخت‌هاي فسيلي كه تامين‌كننده بخش عمده‌اي از انرژي مورد نياز بشر بوده‌اند منابعي رو به زوال هستند و از طرفي مشكل آلودگي هوا و به تبع آن بروز انواع بيماري‌هاي ريوي و تنفسي گريبانگير اكثر جوامع صنعتي است. با توجه به تلاش همه‌جانبه براي توليد منابع انرژي جايگزين، سازگار با محيط‌زيست و تجديد شونده و تلاش شركت‌هاي حمل‌ونقل انرژي جهت دستيابي به فنون ذخيرهسازي انرژي، موضوع تداوم ذخيره انرژي توجه جهاني را به خود جلب كرده است.
در اين ميان نانولوله‌هاي كربني)cnt( به دليل مورفولوژي و ساختارهاي با منافذ بسيار زياد و در اندازه‌هايي بر حسب نانومتر، وسيله‌اي براي ذخيرهسازي محسوب مي‌شوند، به طوري‌كه با استفاده كامل از ويژگي‌هاي منحصر به فرد ساختار آنها مي‌توان از كاربردهاي بسيار وسيع آنها به عنوان وسايل جايگزين ذخيره انرژي استفاده كرد. علاوه بر اين پيشرفت‌هاي پژوهشي به وجود آمده در استفاده از نانولوله‌هاي كربني به عنوان مواد الكترودي در باتري حاوي يون ليتيوم كه يك منبع توليد انرژي با آلايندگي كم و حتي در بعضي شرايط منبعي ناآلاينده هستند مورد توجه بيشتري از نقطه نظر زيست محيطي قرار گرفته است.
ويروس‌هايي كه بيش از صد بار شارژ مي‌شوند
محققان نشان داده‌اند كه مي‌توانند براي ساخت آند و كاتد يك باتري يون ليتيوم به صورت ژنتيكي ويروس‌هايي طراحي كنند. در واقع در آند اين ويروس‌ها با روكش‌دهي خودشان با اكسيد كبالت و طلا تشكيل يك نانوسيم داده مي‌شود و در كاتد نيز اين ويروس‌ها به نانولوله‌هاي كربني متصل مي‌شوند. اين باتري‌هاي جديد مي‌توانند با يك فرآيند ارزان و سازگار با محيط ساخته شوند؛ توليد آنها در دماي اتاق و پايين‌تر اتفاق مي‌افتد و به حلالي آلي مضر نياز ندارد. همچنين مواد استفاده‌شده در اين باتري‌ها غيرسمي هستند.
جالب است بدانيد كه اين محققان پيش‌تر نيز ويروس‌هايي را طراحي كرده بودند كه مي‌توانستند با روكش‌دهي خودشان با اكسيد كبالت و طلا و خود‌آرايي به‌صورت يك نانوسيم، يك آند را بسازند. به بيان ديگر در اين باتري‌ها به صورت ژنتيكي ويروس‌هايي طراحي شده‌اند كه ابتدا خودشان را با نانوسيم‌هاي فسفات آهن روكش‌دهي كرده و سپس براي ايجاد يك شبكه از ماده بسيار رسانا به نانولوله‌هاي كربني متصل مي‌شوند. به اين ترتيب الكترون‌ها مي‌توانند در طول اين شبكه‌هاي نانولوله‌اي حركت كرده و در سراسر اين الكترود نفوذ كنند تا به فسفات آهن رسيده و انرژي را در كوتاه‌ترين زمان منتقل كنند. محققان متوجه شدند كه يكپارچه كردن نانولوله‌هاي كربن در اين كاتد، رسانايي كاتد را افزايش داده، بدون اين‌كه وزن باتري را چندان تغيير دهد. در تست‌هاي آزمايشگاهي، باتري‌هاي استفاده‌كننده از اين كاتد‌ها مي‌توانند بدون از دست دادن ظرفيت خود بيش از 100 بار شارژ و تخليه شوند. يك تيم تحقيقاتي، نوعي ماده مركب از نانولوله‌هاي كربني و اكسيدهاي فلزي ساخته است كه اگر به عنوان الكترود در باتري به كار رود، مي‌تواند كارآيي باتري‌هاي ليتيومي را افزايش دهد.
البته هرچند اين تعداد چرخه‌شارژ تخليه از باتري‌هاي تجاري كنوني كمتر است، ولي اين محققان اعتقاد دارند كه مي‌توانند آن را خيلي افزايش دهند.
راهي براي افزايش كارآيي باتري‌هاي ليتيومي
همان‌گونه كه گفتيم با توسعه خودروهاي الكتريكي و ساير فناوري‌هاي وابسته به باتري، نياز جهان به باتري‌هاي بادوام‌تر روز به روز در حال افزايش است. بر اين اساس چندي پيش يك تيم تحقيقاتي، نوعي ماده مركب از نانولوله‌هاي كربني و اكسيدهاي فلزي ساختند كه اگر به عنوان الكترود در باتري به كار گرفته شود، مي‌تواند كارآيي باتري‌هاي ليتيومي را افزايش دهد. اين لوله‌ها شامل يك هسته بسيار رسانا از جنس نانولوله كربني و پوسته‌اي از جنس اكسيد منگنز هستند.
در واقع از دو ماده در اين باتري‌ها استفاده شده، نانولوله‌هاي كربني كه بسيار رسانا هستند و مي‌توانند ليتيوم را جذب كنند و اكسيد منگنز كه ظرفيت بسيار بالايي دارد اما هدايت الكتريكي آن پايين است. ماده به دست آمده از اين تركيب بسيار جالب است. بعلاوه مي‌توان نانولوله‌ها با قطر چند نانومتر را به صورت كلاف‌هايي درآورد و سپس آنها را به شكل‌هاي مختلف تبديل كرد. با اين كار ممكن است باتري‌هاي آينده نازك و منعطف باشند. اين نانوكابل‌هاي مركب (هيبريدي) نياز به چسب نيز ندارند، در حالي كه مواد مصرفي فعلي در باتري‌ها با مواد چسبي به هم متصل مي‌شوند و اين چسب‌ها بر رسانايي آنها تأثير منفي دارد.
افزايش عمر و ظرفيت
ناگفته نماند كه پژوهشگران، طي پژوهشي ديگر موفق‌شدند نانواكسيد سرب، با ساختاري مناسب براي ساخت باتري‌هاي سرب اسيد با طول عمر و ظرفيت بالا تهيه كنند. باتري‌هاي سرب اسيد به‌عنوان قديمي‌ترين وسيله ذخيره و توليد انرژي الكتريكي هستند كه سابقه توليد صنعتي آنها به بيش از يك قرن مي‌رسد و بخشي وسيعي از تحقيقات در زمينه ذخيرهسازي انرژي را به خود اختصاص داده‌اند. يكي از اين زمينه‌هاي تحقيقاتي، اصلاح مواد فعال به‌منظور دسترسي به ظرفيت و طول عمر زياد است.
اين روش در صنايع توليد باتري‌هاي سرب اسيد و رنگ‌سازي كاربرد گسترده‌اي دارد و منجر به توليد باتري‌هايي با ظرفيت ذخيره انرژي بالا و طول عمر بسيار زياد مي‌شود.
محمد ارشادي
قضيه از اين قرار است كه دانشمندان با كمك يك تكنيك جديد موفق به ابداع نوعي باتري ليتيومي جديد موسوم به باتري تنفسي شده‌اند كه قادر است 10 برابر بيشتر انرژي ذخيره كند. گويا اين باتري‌هاي يون ليتيوم كه در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌هاي بي‌سيم استفاده مي‌شوند، قرار است در آينده در خودروهاي برقي نيز مورد استفاده قرار بگيرند.
افزايش ظرفيت باتري‌ها با 2 o
شيميدان‌ها در انگليس راهي براي برطرف كردن محدوديت‌ها و افزايش ظرفيت ذخيره انرژي در درون باتري‌ها پيدا كرده‌اند. بدين منظور اين دانشمندان به باتري اجازه مي‌دهند كه اكسيژن موجود در هوا را استنشاق كند. جالب است بدانيد كه مانع اصلي براي افزايش حجم انرژي در باتري‌هاي ليتيومي، الكترود مثبت است. همه دانشمندان مي‌خواهند روشي را براي افزايش مقدار انرژي ذخيره شدني در اين باتري‌ها پيدا كنند تا ظرفيت آنها را بالا ببرد.
بعلاوه باتري تنفسي ديگري نيز توسط دانشمندان ابداع شده است كه از باتري‌هاي هوا روي گرفته شده و در ابزار كمك شنوايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين باتري انرژي خود را از واكنش عنصر روي با اكسيژن موجود در هوا به دست مي‌آورد.
باتري‌هاي ليتيومي و حل بحران انرژي
بحران انرژي يكي از موضوعاتي است كه بشدت مورد توجه جوامع امروزي است. سوخت‌هاي فسيلي كه تامين‌كننده بخش عمده‌اي از انرژي مورد نياز بشر بوده‌اند منابعي رو به زوال هستند و از طرفي مشكل آلودگي هوا و به تبع آن بروز انواع بيماري‌هاي ريوي و تنفسي گريبانگير اكثر جوامع صنعتي است. با توجه به تلاش همه‌جانبه براي توليد منابع انرژي جايگزين، سازگار با محيط‌زيست و تجديد شونده و تلاش شركت‌هاي حمل‌ونقل انرژي جهت دستيابي به فنون ذخيرهسازي انرژي، موضوع تداوم ذخيره انرژي توجه جهاني را به خود جلب كرده است.
در اين ميان نانولوله‌هاي كربني)cnt( به دليل مورفولوژي و ساختارهاي با منافذ بسيار زياد و در اندازه‌هايي بر حسب نانومتر، وسيله‌اي براي ذخيرهسازي محسوب مي‌شوند، به طوري‌كه با استفاده كامل از ويژگي‌هاي منحصر به فرد ساختار آنها مي‌توان از كاربردهاي بسيار وسيع آنها به عنوان وسايل جايگزين ذخيره انرژي استفاده كرد. علاوه بر اين پيشرفت‌هاي پژوهشي به وجود آمده در استفاده از نانولوله‌هاي كربني به عنوان مواد الكترودي در باتري حاوي يون ليتيوم كه يك منبع توليد انرژي با آلايندگي كم و حتي در بعضي شرايط منبعي ناآلاينده هستند مورد توجه بيشتري از نقطه نظر زيست محيطي قرار گرفته است.
ويروس‌هايي كه بيش از صد بار شارژ مي‌شوند
محققان نشان داده‌اند كه مي‌توانند براي ساخت آند و كاتد يك باتري يون ليتيوم به صورت ژنتيكي ويروس‌هايي طراحي كنند. در واقع در آند اين ويروس‌ها با روكش‌دهي خودشان با اكسيد كبالت و طلا تشكيل يك نانوسيم داده مي‌شود و در كاتد نيز اين ويروس‌ها به نانولوله‌هاي كربني متصل مي‌شوند. اين باتري‌هاي جديد مي‌توانند با يك فرآيند ارزان و سازگار با محيط ساخته شوند؛ توليد آنها در دماي اتاق و پايين‌تر اتفاق مي‌افتد و به حلالي آلي مضر نياز ندارد. همچنين مواد استفاده‌شده در اين باتري‌ها غيرسمي هستند.
جالب است بدانيد كه اين محققان پيش‌تر نيز ويروس‌هايي را طراحي كرده بودند كه مي‌توانستند با روكش‌دهي خودشان با اكسيد كبالت و طلا و خود‌آرايي به‌صورت يك نانوسيم، يك آند را بسازند. به بيان ديگر در اين باتري‌ها به صورت ژنتيكي ويروس‌هايي طراحي شده‌اند كه ابتدا خودشان را با نانوسيم‌هاي فسفات آهن روكش‌دهي كرده و سپس براي ايجاد يك شبكه از ماده بسيار رسانا به نانولوله‌هاي كربني متصل مي‌شوند. به اين ترتيب الكترون‌ها مي‌توانند در طول اين شبكه‌هاي نانولوله‌اي حركت كرده و در سراسر اين الكترود نفوذ كنند تا به فسفات آهن رسيده و انرژي را در كوتاه‌ترين زمان منتقل كنند. محققان متوجه شدند كه يكپارچه كردن نانولوله‌هاي كربن در اين كاتد، رسانايي كاتد را افزايش داده، بدون اين‌كه وزن باتري را چندان تغيير دهد. در تست‌هاي آزمايشگاهي، باتري‌هاي استفاده‌كننده از اين كاتد‌ها مي‌توانند بدون از دست دادن ظرفيت خود بيش از 100 بار شارژ و تخليه شوند. يك تيم تحقيقاتي، نوعي ماده مركب از نانولوله‌هاي كربني و اكسيدهاي فلزي ساخته است كه اگر به عنوان الكترود در باتري به كار رود، مي‌تواند كارآيي باتري‌هاي ليتيومي را افزايش دهد.
البته هرچند اين تعداد چرخه‌شارژ تخليه از باتري‌هاي تجاري كنوني كمتر است، ولي اين محققان اعتقاد دارند كه مي‌توانند آن را خيلي افزايش دهند.
راهي براي افزايش كارآيي باتري‌هاي ليتيومي
همان‌گونه كه گفتيم با توسعه خودروهاي الكتريكي و ساير فناوري‌هاي وابسته به باتري، نياز جهان به باتري‌هاي بادوام‌تر روز به روز در حال افزايش است. بر اين اساس چندي پيش يك تيم تحقيقاتي، نوعي ماده مركب از نانولوله‌هاي كربني و اكسيدهاي فلزي ساختند كه اگر به عنوان الكترود در باتري به كار گرفته شود، مي‌تواند كارآيي باتري‌هاي ليتيومي را افزايش دهد. اين لوله‌ها شامل يك هسته بسيار رسانا از جنس نانولوله كربني و پوسته‌اي از جنس اكسيد منگنز هستند.
در واقع از دو ماده در اين باتري‌ها استفاده شده، نانولوله‌هاي كربني كه بسيار رسانا هستند و مي‌توانند ليتيوم را جذب كنند و اكسيد منگنز كه ظرفيت بسيار بالايي دارد اما هدايت الكتريكي آن پايين است. ماده به دست آمده از اين تركيب بسيار جالب است. بعلاوه مي‌توان نانولوله‌ها با قطر چند نانومتر را به صورت كلاف‌هايي درآورد و سپس آنها را به شكل‌هاي مختلف تبديل كرد. با اين كار ممكن است باتري‌هاي آينده نازك و منعطف باشند. اين نانوكابل‌هاي مركب (هيبريدي) نياز به چسب نيز ندارند، در حالي كه مواد مصرفي فعلي در باتري‌ها با مواد چسبي به هم متصل مي‌شوند و اين چسب‌ها بر رسانايي آنها تأثير منفي دارد.
افزايش عمر و ظرفيت
ناگفته نماند كه پژوهشگران، طي پژوهشي ديگر موفق‌شدند نانواكسيد سرب، با ساختاري مناسب براي ساخت باتري‌هاي سرب اسيد با طول عمر و ظرفيت بالا تهيه كنند. باتري‌هاي سرب اسيد به‌عنوان قديمي‌ترين وسيله ذخيره و توليد انرژي الكتريكي هستند كه سابقه توليد صنعتي آنها به بيش از يك قرن مي‌رسد و بخشي وسيعي از تحقيقات در زمينه ذخيرهسازي انرژي را به خود اختصاص داده‌اند. يكي از اين زمينه‌هاي تحقيقاتي، اصلاح مواد فعال به‌منظور دسترسي به ظرفيت و طول عمر زياد است.
اين روش در صنايع توليد باتري‌هاي سرب اسيد و رنگ‌سازي كاربرد گسترده‌اي دارد و منجر به توليد باتري‌هايي با ظرفيت ذخيره انرژي بالا و طول عمر بسيار زياد مي‌شود.
محمد ارشادي