یک مولکول جانوری، راهی برای کارایی بهتر باتری‌ها می‌شود
مجله علمی ایلیاد - تحقیقات جدید در دانشگاه ییل نشان داده است، مولکولی که اکسیژن را در خون جابه‌جا می کند، می‌تواند کلیدی برای توسعه‌ی نسل بعدی باتری‌ها باشد. باتریهای لیتیم اکسیژنی (Li-O2)، در سال‌های اخیر به‌عنوان نسل جدید باتریهای لیتیم یونی به‌دلیل توانایی بالا در نگه‌داشتن شارژ به مدت طولانی به‌عنوان استاندارد صنعتی برای مصارف الکترونیکی پا به عرصه‌ی حضور گذاشته‌اند. دستگاه‌های الکترونیکی به این ترتیب تا هفته‌ها بدون شارژ مجدد، به کار خود ادامه می‌دهند. به‌عنوان مثال؛ ماشین‌های برقی ۳ تا ۴ برابر مسیر استاندارد کنونی را با یک بار شارژ طی می‌کنند.
قبل از اینکه این اتفاق در عمل رخ دهد، محققین باید کارایی باتریهای لیتیم اکسیژنی را برای مصارف صنعتی بالا ببرند و از تشکیل پراکسید لیتیم در باتری جلوگیری کنند. پراکسید لیتیم، رسوب جامدی است که در صورت تشکیل، سطح الکترودهای اکسیژن باتری را می‌پوشاند. یکی از مشکلات این کار، پیدا کردن کاتالیزوری است که واکنش تکامل اکسیژن را تسهیل کند. در این واکنش محصولات اکسیداسیون لیتیم مجدداً به یون لیتیم و گاز اکسیژن تبدیل می‌شوند. «آندره تیلر»، دانشیار مهندسی شیمی و محیط زیست دانشگاه ییل، در آزمایشگاه خود، مولکولی به نام «Heme» را شناسایی کرد که می‌تواند به‌عنوان کاتالیزوری بهتر عمل کند. محققین نشان دادند که این مولکول‌ها عملکرد باتریهای لیتیم اکسیژنی را با کاهش دادن مقدار انرژی مورد نیاز برای بهبود زمان‌های سیکل شارژ/تخلیه، افزایش می‌دهند.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Communications چاپ شده است. نویسنده‌ی اصلی این مقاله «وون هی ریو»، دانشجوی سابق فوق دکتری در آزمایشگاه تیلور و دانشیار مهندسی شیمی و زیست‌شناسی دانشگاه زنان سوک میونگ کره جنوبی است. مولکول Heme مولکولی است که یکی از دو بخش هموگلوبین را تشکیل می‌دهد و وظیفه‌ی حمل اکسیژن در خون حیوانات را بر عهده دارد. وون هی توضیح داده است که با استفاده از این مولکول در باتریهای لیتیم اکسیژنی، مولکول‌ها در الکترولیت باتری حل می‌شوند و به‌عنوان واسطه‌ی ردوکس، عمل می‌کند و صدهای انرژی مورد نیاز در واکنش الکتروشیمیایی را کاهش می‌دهد.
تیلور می‌گوید: «وقتی که در هوا نفس می‌کشید، مولکول‌های Heme اکسیژن هوا را در شُش شما جذب می‌کنند و در زمان بازدم، این مولکول‌ها دی‌اکسید کربن را به بیرون هدایت می‌کنند. بنابراین این مولکول پیوند خوبی با اکسیژن دارد و این راهی است که ما فکر کردیم می‌توانیم در افزایش کارایی باتریهای لیتیم هوا از آن استفاده کنیم.» محققین اضافه کرده‌اند که یافته‌های آن‌ها می‌تواند به کاهش دورریز صنایع حیوانی بیانجامد.
تیلور می‌گوید: «ما در واقع از ماده‌ای استفاده می‌کنیم که به‌صورت سنتی دورریز می‌شود. صنایع محصولات حیوانی، اغلب اوقات با مشکل نحوه‌ی دورریز خون حیوانات دست و پنجه نرم می‌کنند. با روش استفاده شده توسط ما، می‌توانیم مولکول‌های Heme را از این مواد دور ریختنی جدا کرده و مجدداً مورد استفاده قرار دهیم.» ریو یادآوری می‌کند که با استفاده از مواد بازیافتی زیستی به‌عنوان کاتالیزور، ثابت می‌شود که این تکنولوژی علاوه بر اینکه کارایی دارد، می‌تواند در توسعه‌ی انرژی‌های سبز نیز کاربرد داشته باشد.
نوشته: ویلیام ویِر
ترجمه: مجله علمی ایلیاد