فناوری

باتری ویتامینی !

باتری ویتامینی علمنا
نوشته شده توسط رقیه شیروانی

گروهی از شیمیست های دانشگاه تورنتو نوعی باتری بادوام و با ولتاژ بالا ساختند که انرژی را در یک واحد زیستی ذخیره میکند. مولکول های زیستی، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست هستند. امروزه این مواد به عنوان جایگزینی برای کاربرد گسترده ی الکترود های فلزی مطرح هستند.
این باتری ها مشابه اکثر باتری های لیتیومی موجود در بازار پرانرژی هستند ، اما بایک تفاوت مهم: این باتری ها از فلاوین در ساختار ویتامین B2 به عنوان کاتد استفاده می کنند. فلاوین الکتریسیته را ذخیره میکند و وقتی باتری به یک دستگاه متصل میشود آن را رها میکند.
Dwight Seferos دانشیار دپارتمان شیمی و نانوتکنولوژی پلیمر می گوید:” ما به دنبال مولکول های پیچیده برای استفاده در لوازم الکترونیکی ، در طبیعت جستجو کردیم، زیرا وقتی ماده ای یافت شود که در طبیعت ساخته و پرداخته شده است به صرف وقت کمتری برای ساخت مواد جدید نیاز است. ”
این باتری های مدرن از سه قسمت اساسی تشکیل شده اند:
– یک پایانه ی مثبت . قسمت فلزی است که به دستگاه وصل میشود و به دستگاه ها نیرو می دهد. این قسمت به یک کاتد داخل پوشش باتری متصل شده است .
– یک پایانه ی منفی که به یک آند داخل پوشش باتری متصل شده است .
– یک محلول الکترولیت ، که در آن یون ها بین الکترود های کاتد و آند در حرکتند .
وقتی که یک باتری به یک موبایل، آی پد، دوربین، یا هر وسیله ی دیگری که به نیروی الکتریسیته نیاز دارد متصل میشود الکترون ها از آند به سمت دستگاه به جریان می افتند. آند الکترود دارای بار منفی است که در دستگاه این جریان الکترونی را ایجاد میکنند. سپس در محلول الکترولیت یون ها برای برقراری تعادل بار الکتریکی به کاتد مهاجرت می کنند. وقتی که دستگاه به شارژر متصل میشود این فرایند در جهت عکس اتفاق می افتد.
واکنش در آند، ایجاد الکترون ها و واکنش در کاتد، جذب آنها هنگام تخلیه است. در این میان محصول خالص الکتریسیته است. باتری به ساخت الکتریسیته ادامه خواهد داد تا زمانی که یکی یا هردو الکترود از مواد مورد نیاز برای انجام واکنش خالی شوند.
پیش از این ساخت باتری با قطعات زیستی ممکن شده است اما این اولین بار است که از پلیمر زیستی یعنی مولکول های زنجیره بلند در ساختار باتری ها استفاده میشود . استفاده از این پلیمر ها حداقل برای یکی از الکترود ها باعث میشود انرژی باتری در یک پلاستیک ساخته شده از ویتامین ذخیره شود. استفاده از این روش حائز اهمیت است زیرا یک ماده ی زیستی جایگزین فلزات مضری مثل کبالت میشوند ضمن اینکه فرایند تولید نیز آسان و ارزان تر خواهد بود.
دانشجوی دکترا Tyler Schon همکار طرح و دانشجوی دکترا میگوید : “برای دستیابی به این نقطه ما نیاز به آزمودن مواد زیادی داشتیم و احتمال شکست آزمایش ها بالا بود. دستیابی به این هدف به پشتکار زیادی نیاز داشت.”
این تیم حین انجام تست ها بر روی انواع پلیمر های زنجیره بلند به گروه خاصی از پلیمر های جانبی برخورد کردند. این مولکول ها به زنجیره بک بن یک مولکول بلند متصلند.
Seferos می گوید : “شیمی آلی مانند نوعی لگو است! شما چیز ها را با یک نظم معین کنار یکدیگر می چینید اما بعضی یافته ها برخلاف چیزی که روی کاغذ به نظر میرسد در واقعیت با یکدیگر جور در نمی آیند. ما چند رویکرد را آزمایش کردیم و پنجمی به موفقیت رسید! ”
این تیم موادی از ویتامین B2 را با استفاده از یک قارچ مهندسی ژنتیکی شده تولید کردند. برای تهیه ی پلیمر از یک فرایند نیمه سنتری استفاده شد. طی این روش دو واحد فلاوین به بک بن یک مولکول بلند زنجیر متصل شد. استفاده از این روش نیمه سنتزی تعداد واکنش های شیمیایی را برای تولید این مواد کاربردی جدید کاهش می دهد.
در این ترکیب قابلیت اکسید و احیا شوندگی ویتامین B2 کاهش یافته تا به خوبی برای ساخت باتری های یون لیتیومی مناسب گردد . ویتامین B2 میتواند هربار دو الکترون دریافت کند . بنابراین می تواند بارهای مختلفی بگیرد و در مقایسه با مولکول های دردسترس دیگر ظرفیت بالایی دارد.
تولید باتری سبز با ظرفیت و ولتاژ بالا اهمیت چشمگیری دارد زیرا استفاده از شبکه ی جهانی روز به روز فزونی می یابد و مصرف کنندگان می توانند از طریق دستگاه های الکترونیکی قابل حمل زمان بیشتری با دنیا در ارتباط باشند.
مدیر طرح همچنین اظهار میکند : “ترکیب سنتز شده از ویتامین ، ترکیبی طبیعی و ایمن است . اگر بخواهید می توانید منبع آن را بخورید ! اکنون ما به طراحی انواع جدید از باتری ها فکر میکنیم که بتوانند بارها و بارها شارژ شوند.”
طرح فعلی در اندازه ی استفاده بر روی باتری های سمعک است. این محققان با توجه به موفقیت بدست آمده امیدوارند بتوانند زمینه ی ساخت باتری های قدرتمند ، نازک ، انعطاف پذیر ، شفاف و حتی بدون فلز را فراهم کنند. باتری هایی که بتوانند پذیرای موج جدید وسایل الکترونیکی باشند.

درباره نویسنده

رقیه شیروانی

دیدگاه شما چیست