باتری یونی روی (ZIB)
باتری یونی روی یا باتری Zn-ion (که به اختصار ZIB نامیده میشود) از یونهای روی (Zn2+) به عنوان حامل بار استفاده میکند. به طور خاص، در این باتریها از روی (Zn) به عنوان آند، مواد بینلایهای روی به عنوان کاتد و یک الکترولیت حاوی روی استفاده میشود. به طور کلی، اصطلاح باتری یونی روی عمدتاً برای باتریهای قابل شارژ (ثانویه) به کار میرود که گاهی اوقات به عنوان باتریهای فلز روی قابل شارژ (RZMB) نیز شناخته میشوند. بنابراین، ZIBها با باتریهای غیرقابل شارژ (اولیه) که از روی استفاده میکنند، مانند باتریهای قلیایی یا روی-کربنی، متفاوت هستند.
تاریخچه
در سال 2011، گروه فییو کانگ (Feiyu Kang) برای اولین بار موفق به نمایش درج برگشتپذیر یون روی در ساختار تونلی دیاکسید منگنز نوع آلفا (MnO2) به عنوان کاتد در یک ZIB شدند.
دانشگاه واترلو در کانادا حقوق ثبت اختراع فناوری باتری یونی روی توسعهیافته در آزمایشگاههای خود را در اختیار دارد. شرکت کانادایی Salient Energy در حال تجاریسازی این فناوری باتری یونی روی است.
انواع دیگری از باتریهای روی قابل شارژ نیز برای ذخیرهسازی انرژی ثابت در حال توسعه هستند، اگرچه لزوماً یونی روی نیستند. به عنوان مثال، Eos Energy Storage در حال توسعه یک باتری روی-هالوژن است که در آن واکنش کاتد شامل اکسیداسیون و احیای هالوژنها میشود. این شرکت در حال تولید 1.5 گیگاوات ساعت باتری روی «ساخت آمریکا» است که در شبکههای برق تگزاس و کالیفرنیا مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
تحقیقات
انگیزه و چالشها
در مقایسه با لیتیوم فلزی، الکترود منفی روی دارای ظرفیت حجمی نظری بالاتر و فراوانی طبیعی بیشتری است. بسته به الکترود مثبت ZIB، این مزایای نظری ممکن است در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یون (LIBs) نیز وجود داشته باشد. علاوه بر این، روی سازگاری بیشتری با الکترولیتهای آبی دارد. با این حال، ZIBها به طور کلی بازده کولنی (شارژ) کمتری نسبت به LIBهای پیشرفته، پتانسیلهای اضافی برای آبکاری و لایهبرداری در الکترود منفی و احتمال خرابی ناشی از دندریتها را نشان میدهند.
شیمی
هم الکترولیتهای آبی و هم غیرآبی به عنوان کاندید برای ZIBها در حال بررسی هستند. نمکهای روی با آنیونهای TFSI یا تریفلات برای هر دو نوع الکترولیت آبی و غیرآبی در نظر گرفته شدهاند. الکترولیتهای آبی مبتنی بر سولفات روی و KOH قلیایی نیز مورد بررسی قرار گرفتهاند.
تاکنون، چندین ماده کاتدی برای ZIBها مورد بررسی قرار گرفتهاند، از جمله MnO2 نوع گاما و دلتا، مس هگزاسیانوفرات، اکسید بیسموت، سولفیدهای لایهای و آنالوگهای آبی پروس. به عنوان مثال، در سال 2017، محققان یک نمونه اولیه باتری یونی روی را گزارش کردند که دارای برگشتپذیری، سرعت و ظرفیت بالا بدون تشکیل دندریت بود. این دستگاه از یک آند فلز روی، یک کاتد اکسید وانادیوم (Zn0.25V2O5⋅nH2O) و یک الکترولیت آبی، که همگی مواد غیرسمی بودند، استفاده کرد. پس از 1000 چرخه، 80٪ از ظرفیت خود را حفظ کرد. این سلول به ظرفیت تا 300 میلیآمپر ساعت بر گرم و چگالی انرژی حدود 450 وات ساعت بر لیتر دست یافت.
همچنین ببینید
- فهرست انواع باتری
منابع
- باتریهای قابل شارژ