دستاوردی در تولید باتری سیمانی: ساختمان‌ها به پاوربانک‌های قابل شارژ تبدیل می‌شوند

محققان در فرانسه و اسپانیا موفق به ساخت یک ماده انقلابی شبیه سیمان شدند که علاوه‌بر پشتیبانی از بارهای ساختاری، به عنوان یک باتری قابل شارژ عمل می‌کند. این نوآوری می‌تواند زمینه‌ساز ایجاد ساختمان‌های جدیدی باشد که انرژی را در دیوارهای خود ذخیره می‌کنند.

براساس گزارش‌های اخیر، تیمی تحقیقاتی از دانشگاه بوردو و دانشگاه باسک به رهبری «ودیم ام. کووروجین» (Vadim M. Kovrugin)، استادیار متخصص در زمینه ذخیره‌سازی انرژی، توانستند متاکائولین، یک آلومینوسیلیکات مصنوعی از خاک رس کائولینیت، را به ماده‌ای تبدیل کنند که قابلیت ذخیره انرژی را دارد. وقتی این ماده با محلول‌های فعال‌سازی خاص ترکیب می‌شود، به یک خمیر ژئوپلیمر مقاوم تبدیل می‌شود که پس از ترکیب با الکترودهای روی و دی‌اکسید منگنز، به یک باتری حالت جامد با عملکرد بالا تبدیل می‌شود.

باتری سیمانی انقلابی: تبدیل ساختمان‌ها به پاوربانک‌های قابل شارژ

این باتری جدید توانسته ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی حدود 3.3 وات‌ساعت در هر لیتر را ارائه دهد که یک گام مهم در ادغام سیستم‌های انرژی در مواد ساختمانی است. کووروجین خاطرنشان کرد که این نوآوری نه‌تنها فراتر از طراحی‌های سنتی باتری‌ها است، بلکه به زیرساخت‌ها این امکان را می‌دهد که در اکوسیستم انرژی به‌طور فعال مشارکت داشته باشند.

یکی از ویژگی‌های مهم این ماده، امکان ذخیره انرژی الکتروشیمیایی به‌جای ذخیره انرژی حرارتی است. این ویژگی باعث می‌شود که این سیستم کارآمدتر و پایدارتر از سیمان پورتلند سنتی باشد که علاوه‌بر تولید کربن بالا در فرآیند تولید، می‌تواند برای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی استفاده شود.

محققان همچنین با استفاده از خواص محیط اسیدی ملایم متاکاولین، توانستند مشکلات باتری‌های سیمانی قبلی را حل کنند. این ماده از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته که باعث کاهش قابلیت شارژ مجدد می‌شد، جلوگیری می‌کند. برخلاف سیستم‌های قلیایی سنتی که مشکلاتی مانند تشکیل ترکیبات غیرقابل حل دارند، این باتری جدید روی را در حالت یونی خود حفظ می‌کند و کارایی آن را افزایش می‌دهد.

بااین‌حال، مشکلاتی هنوز حل‌نشده باقی مانده‌اند. تکثیر هیدروژن می‌تواند منجر به تشکیل سولفات روی هگزاهیدراته شود که به رابط الکترود-الکترولیت آسیب می‌زند و به تدریج باعث ترک‌خوردگی ژئوپلیمر و کاهش عملکرد بلندمدت می‌شود.

برای مقابله با این مشکل، محققان پیشنهاد کردند که اجزای باتری به‌صورت مدولار و لایه‌ای طراحی شوند تا نگهداری و تعویض آن‌ها آسان‌تر باشد.در نهایت، محققان به این نکته اشاره کردند که برای دستیابی به کاربردهای عملی‌تر، بهینه‌سازی دقیق فرآیندهای هیدراسیون و خشک‌شدگی امری حیاتی است، چرا که این عوامل تأثیر زیادی بر پایداری و دوام ماده دارند.

نتایج این پژوهش در مجله Materials Horizons منتشر شده است.