سلطه باتری‌های لیتیوم‌یون بر دنیای فناوری

باتری‌های لیتیوم‌یون، ۷۰‌درصدِ کل دستگاه‌های قابل‌شارژ در ابعاد و دامنه‌های مختلف از وسایل‌نقلیه الکتریکی تا تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس‌بزرگ را تغذیه می‌کنند. به‌گزارش راهله بختیاری (ایسنا)؛ درحالی‌که این فناوری تقریباً در زندگی روزمره ما فراگیر شده؛ اما هنوز موارد زیادی درمورد فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی تغذیه‌کننده باتری‌های لیتیوم یون نمی‌دانیم. تاکنون، بسیاری از جنبه‌های طراحی باتری لیتیوم یون ازطریق آزمون‌وخطا به‌دست آمده و پژوهشگران الکترودها و الکترولیت‌ها را تغییر داده‌اند و به پیکربندی‌هایی تولید بیشتر انرژی، توان، سرعت شارژ و عمر باتری توجه کرده‌اند و از این یافته‌ها برای هدایت فرآیندهای طراحی بدون درک کامل علم نهفته در آن‌ها استفاده می‌کنند. هرچند در سطح پایه می‌دانیم که هنگام شارژ مجدد باتری لیتیوم یون چه اتفاقی می‌افتد اما موارد زیادی درمورد واکنش آن‌ها ناشناخته مانده. خود واکنش نسبتاً ساده است و می‌تواند در یک محلول مایع یا یک الکترود جامد رخ دهد. درهرصورت، یون‌های لیتیوم به‌شکل الکترولیت تشکیل می‌شوند و حین دشارژ باتری، طبق شرایط، خود را در محلول یا الکترود قرار می‌دهند. هنگام شارژ، یون‌ها از جای خود خارج شده و به الکترولیت بازمی‌گردند؛ این فرآیند هزاران‌بار در طول عمر باتری تکرار می‌شود. سرویس خبری مؤسسه فناوری ماساچوست در مقاله منتشرشده در اوایل ماه جاری نوشت: میزان توانی که باتری می‌تواند تولید کند و سرعت شارژ آن به‌سرعت وقوع این واکنش بستگی دارد. بااین‌حال، اطلاعات کمی درمورد مکانیسم دقیق این واکنش یا عواملی که سرعت آن‌را کنترل می‌کنند، وجود دارد. البته پژوهشگران در پژوهش جدید خود درتلاش‌اند تا با مشاهده فرایند بین لایه‌ای در انواع مختلف باتری و مستندسازی دقیق شرایط خاص که این واکنش‌ها را تسهیل می‌کنند، این‌وضعیت را تغییر دهند. دانشمندان دریافتند که فرایند بین لایه‌ای که باتری‌های لیتیوم یون را شارژ می‌کند، با فرایند دیگری (انتقال یون الکترون جفت‌شده) کنترل می‌شود و درواقع یک الکترون در کنار یون لیتیوم به داخل الکترود حرکت می‌کند. این یافته می‌تواند به دانشمندان در طراحی مدل‌های باتری با شارژ بهتر و سریع‌تر کمک کند. این پیشرفت می‌تواند به‌طور بالقوه تضمین کند که باتری‌های لیتیوم یونی درزمانی‌که سایر فناوری‌ها ‌سریعاً درحال‌پیشرفت هستند، تسلط خود را در صنعت فناوری حفظ کنند. باتری‌های لیتیوم یونی، هرچند فوق‌العاده مفید محسوب می‌شوند اما با مجموعه‌ای از پیامدهای منفی خارجی مرتبط هستند. سایت اویل پرایس گزارش کرد، استخراج و تولید لیتیوم ازنظر زیست‌محیطی مضر و نیازمند منابع بوده و ازنظر ژئوپلیتیکی نیز با چالش‌هایی روبرو است، زیرا چین بخش بزرگی از زنجیره‌های تأمین لیتیوم جهانی را کنترل می‌کند. به‌دلیل این معایب، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه انواع باتری‌های جایگزین، روبه‌افزایش است.