ابداع یک باتری با استفاده از پوست خرچنگ!

عصرایران: محققان از پوست خرچنگ برای ساخت باتری‌های زیست‌تخریب‌پذیر جدید با راندمان ۹۹.۷ درصدی استفاده می‌کنند که به طور ایمن تجزیه و بازیافت می‌شود.

 باتری‌های لیتیومی بزرگ همانطور که در باتری غول پیکر شرکت "تسلا" در استرالیای جنوبی شاهد آن هستیم، می‌توانند نقش مهمی در ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر در یک شبکه ایفا کنند. اما راه‌اندازی آن‌ها می‌تواند بسیار گران باشد و خطر آتش‌سوزی را نیز به همراه دارد.

باتری‌های مبتنی بر "روی" یکی از چندین جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌تر و به طور بالقوه ایمن‌تر برای باتری‌های لیتیومی هستند و اکنون یک پیشرفت جدید نشان می‌دهد که چگونه پوست خرچنگ ممکن است این باتری‌ها را بسیار پایدارتر کند.

انتظار می رود که تقاضا برای ذخیره انرژی طی سال‌های آتی افزایش یابد، زیرا ما بیشتر به انرژی‌های تجدیدپذیر و وسایل نقلیه الکتریکی برای حمل و نقل تکیه می‌کنیم و در حالی که باتری‌های لیتیوم-یونی که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، به خوبی به ما کمک می‌کنند، باتری‌های دیگری نیز در حال توسعه هستند که بازدهی بیشتر و طولانی مدت را نوید می‌دهند. استخراج لیتیوم گران است و با هزینه‌های زیست‌محیطی همراه است و باتری‌هایی که از این ماده بهره می‌برند، به خوبی قابل بازیافت نیستند.

اکنون محققان مرکز نوآوری مواد دانشگاه مریلند، یک باتری مبتنی بر "روی" با الکترولیت استخراج شده از پوست خرچنگ ساخته‌اند که ۹۹.۷ درصد بازدهی دارد.

این الکترولیت از "کیتوزان" که یک مشتق شیمیایی از "کیتین" است که به وفور در پوست خرچنگ یافت می‌شود، ساخته شده است. از آنجایی که کیتوزان زیست‌تخریب‌پذیر است، دو سوم ازا ین باتری به طور طبیعی بدون باقی ماندن محصولات مضر در طبیعت، تجزیه می‌شود.

بر اساس این مطالعه جدید، این باتری پس از ۱۰۰۰ چرخه شارژ و تخلیه، بازده انرژی ۹۹.۷ درصدی دارد که آن را به گزینه‌ای مناسب برای ذخیره انرژی تولید شده توسط باد و خورشید برای انتقال به شبکه‌های برق تبدیل می‌کند.

یک جایگزین سازگار با محیط زیست

باتری‌های لیتیوم-یونی به دلیل چگالی انرژی و پایداری چرخه‌شان، به‌طور گسترده‌ای به عنوان دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند. پیش‌بینی می‌شود که ارزش بازار باتری‌های لیتیوم-یونی از ۳۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۷ به ۱۰۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۵ افزایش یابد. اما این افزایش با هزینه زیست محیطی همراه است.

پروفسور "لیانگ‌بینگ هو" از دانشگاه مریلند و نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: مقدار زیادی باتری در حال تولید و مصرف است که احتمال بروز مشکلات زیست‌محیطی را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، جداکننده‌های پلی‌پروپیلن و پلی‌کربنات که به طور گسترده در باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌شوند، صدها یا هزاران سال طول می‌کشد تا تجزیه شوند و به محیط زیست بازگردند.

کیتوزان مورد استفاده در این باتری جدید که از کیتین که فراوان ترین پلیمر در طبیعت است، مشتق شده است، در پوست بیرونی سخت‌پوستان از جمله خرچنگ، میگو، لابستر و اسکلت بیرونی حشرات و دیواره سلولی قارچ یافت می‌شود.

پوست خرچنگ منبعی است که به راحتی در دسترس است، زیرا در حال حاضر به عنوان ضایعات غذا در سراسر دنیا دور ریخته می‌شود. هر ساله، صنایع غذایی ۶ تا ۸ میلیون تن ضایعات پوست خرچنگ، میگو و لابستر تولید می‌کنند که همین مسئله، ضایعات سخت‌پوستان را به منبعی کم‌هزینه و تجدیدپذیر از کیتوزان تبدیل می‌کند.

در این مطالعه، محققان از کیتوزان به عنوان یک الکترولیت ژلی برای پایدارتر کردن باتری‌ها و سازگار کردن آنها با محیط زیست استفاده کردند.

یک الکترولیت به عنوان محیطی عمل می‌کند که امکان انتقال یون بین پایانه مثبت و منفی سلول باتری را فراهم می‌کند. الکترولیت‌ها می‌توانند مایع، خمیر یا ژلی باشند و بسیاری از باتری‌ها از مواد شیمیایی بسیار قابل احتراق یا خورنده به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند.

کیتوزان به طور طبیعی توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه می‌شود، به این معنی که باتری را می‌توان در پایان عمر خود به سادگی در خاک دفن کرد تا ظرف پنج ماه تجزیه شود. در انتها نیز فقط "روی" باقی می‌ماند که می‌تواند بازیافت شود.

نیاز به باتری‌های جدید

چالش در تهیه باتری‌های لیتیوم-یونی، تامین مواد خام، عمدتا لیتیوم و کبالت است. این یک خطر بزرگ ایجاد می‌کند، زیرا ماهیت کمیاب این مواد خام می‌تواند منجر به کمبود گسترده آنها در سطح جهان شود. اما "روی" به ‌عنوان یک ماده خام، فراوان‌تر از لیتیوم است، به این معنی که باتری‌های مبتنی بر "روی" می‌توانند ارزان‌تر، کمتر برای محیط‌زیست مضر باشند و کمتر مستعد مشکلات زنجیره تأمین هستند.

"هو" و تیمش امیدوارند که به کار بر روی ساخت باتری‌های حتی سازگارتر با محیط زیست ادامه دهند.

وی می‌گوید: امیدوارم در آینده همه اجزای باتری‌ها زیست تخریب‌پذیر باشند.

احتمالاً به این زودی شاهد باتری‌های مبتنی بر پوست خرچنگ نخواهیم بود تا دستگاه‌هایمان را تغذیه کنند، اما این مطالعه می‌تواند به بهبود فناوری کنونی باتری‌ها کمک کند.

این مطالعه در مجله Matter منتشر شده است.