باتری‌ای که از روده انسان تقلید می‌کند

خبرگزاری آنا - ترجمه نسترن صائبی: دانشمندان با الهام از آناتومی روده انسان و با استفاده از رویکرد بیولوژیکی، نمونه مفهومی از باتری‌ای را طراحی کرده‌اند که پنج برابر بیشتر از باتری‌های معمولی، امکان ذخیره انرژی را در ابزارهای دیجیتال فراهم می‌کند.

به نقل از ScienceAlert، این نمونه اولیه پنج برابر باتری‌های یون-لیتیوم که در گوشی‌های هوشمند از آنها استفاده می‌شود، چگالی انرژی دارد و از سلول لیتیوم- سولفور درست شده است. این باتری با تقلید از روده انسان می‌تواند تراکم انرژی را افزایش دهد و طول عمر باتری را برای ابزارهای الکترونیک به شدت بالا ببرد.

این باتری که توسط تیمی از محققان دانشگاه کمبریج بریتانیا طراحی شده است، توانسته است به یکی از موانع مهم باتری‌های لیتیوم-سولفور غلبه کند. این گونه باتری‌ها اگرچه چگالی انرژی بالایی دارند اما نسبت به باتری‌های یون-لیتیوم سریع‌تر تجزیه می‌شود و به عمر خود پایان می‌دهد.

زمانی که یک باتری لیتیوم- سولفور شارژ خود را از دست می‌دهد، سولفور داخل کاتد (الکترود مثبت باتری)، لیتیوم داخل آند (الکترود منفی باتری) را جذب می‌کند. این واکنش شیمیایی باعث می‌شود که مولکول‌های سولفور به ساختار زنجیره‌ای شکلی که پلی-سولفید نام دارد، تبدیل شوند.

بعد از این که باتری چند بار چرخه شارژ - دشارژ می‌شود، این عمل موجب می‌شود که کاتد باتری ضعیف شود و در نتیجه بخش‌هایی از پلی‌سولفید شکسته می‌شود و وارد الکترولیت باتری- مایعی با رسانایی بالای الکتریکی که دو الکترود را به هم مرتبط می‌کند- می‌شود. زمانی که این اتفاق می‌افتد، فرآیند از بین رفتن باتری آغاز می‌شود و باتری مواد فعال خود را که انرژی را ذخیره می‌کنند، از دست می‌دهد. دقیقا اینجاست که آناتومی روده، الهام‌بخش باتری جدید شده است.

در روده کوچک ما، میلیون‌ها برآمدگی شبیه به انگشت دارد که «ویلی» (VILLI) نام دارند. این برآمدگی‌ها در سرتاسر دیواره روده وجود دارند و وظیفه جذب مواد غذایی به هنگام هضم غذا را دارند.

این برآمدگی‌ها باعث می‌شوند که گستردگی سطح روده تا ۳۰ برابر افزایش یابد. دانشمندان با دانستن این فرآیند، ماده نانوساختار سبکی را ساختند که شبیه به ویلی عمل می‌کند. یعنی زمانی که پلی‌سولفید شکسته می‌شود، برآمدگی‌های نانوساختار گرفتار می‌شوند و از ورود آن به مایع الکترولیت جلوگیری می‌کنند.

این ساختار ویلی‌ مانند یک لایه ساخته شده از سیم‌های اکسید روی است که روی سطح الکترودهای باتری را کاملا می‌پوشاند. این سیم‌های روی سطوح الکترود‌های باتری قرار می‌گیرن و زمانی که مواد فعال باتری رها می‌شوند، آنها را مهار می‌کنند و دسترسی الکتروشیمیایی آن را برای آند و کاتد حفظ می‌کنند و در نتیجه از انحطاط باتری جلوگیری می‌کنند.