بازار انرژي با مصرف، تولید و توزیع انرژي تعریف می شود. در جنبه ي مصرف، تقاضاي روبه رشدي از سوي مشترکان خانگی، تجاري، صنعتی و ترابري مشاهده می شود. تقاضا تقریباً تابعی از قیمت جهانی انرژي (به طور برجسته نفت) و رشد اقتصاد جهانی است. بازارهاي نوظهور و در حال توسعه ي چین، هند، آمریکاي لاتین، آفریقا و اروپاي شرقی ظرفیت پدید آوردن یک تقاضاي باور نکردنی انرژي را دارند. فشار ملاحظات زیست محیطی، از جمله تغییرات جهانی آب و هوا، آلودگی آب و هوا و نابودي جنگل ها، صنعت را به جستجوي روشهایی تشویق کرده است، تا سطح آلایندگی محصولات جانبی و خطرات زیست محیطی را کاهش دهد.
به منظور کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي و حفظ ذخایر انرژي، اتحادیه اروپا جایگزینی 10 درصد سوخت هاي متداول (گازوییل و بنزین) را در بخش حمل و نقل جادهاي تا قبل از سال 2020 برنامه ریزي کرده است. همچنین کاهش 20 درصدي گازهاي گلخانه اي در سال 2020 نسبت به سال 1990 توسط اتحادیه اروپا هدف قرار گرفته است. بخش حمل و نقل حدود 31 درصد مصرف انرژي اروپا و 25 درصد انتشار CO2 اروپا راشامل می شود. قسمت زیادی از کاهش انتشار CO2 می تواند با استفاده از سوختهای جایگزین نظیر هیدروژن، پیل های سوختی و وسایل نقلیه برقی (EVs)[1] حاصل شود.
تجهیزات الکترونیکی و دستگاه های قابل حمل و به ویژه ماشین های الکتریکی با سرعت سریع در حال توسعه هستند و این پیشرفت مستلزم توجه ویژه منابع ذخیره انرژی با چگالی انرژی و توان بالا می باشد. چگالی انرژی باتری های لیتیوم-یون بیشتر از منابع قدرت قبلی مانند باتری های نیکل-هیدروکسید فلزی است. با این حال، حداکثر چگالی انرژی باتری های لیتیوم-یون فعلی با توجه به مواد الکترودی محدود است و در نتیجه این باتری برای کاربرد عملی وسایل نقلیه الکتریکی رضایت بخش نیست.
ظرفیت ویژه باتری های یون لیتیومی به دلیل ظرفیت محدود مواد کاتدی (برای مثال ظرفیت تئوری LiFePO4، 170 میلی آمپر ساعت بر گرم است) و مواد آندی (برای مثال ظرفیت تئوری گرافیت، 372 میلی آمپر ساعت بر گرم است) محدود شده است. در مقابل باتری های فلز-هوا به دلیل انرژی تئوری بالا بهترین گزینه برای اهداف توسعه ماشین های الکتریکی هستند.
لکلنچ در سال 1868 اولین باتری فلز-هوا را ساخت که در آن از دی اکسید منگنز با پایه کربنی به عنوان الکترود گازی نفوذی استفاده کرد. در سال 1932 شامچر طرح پیشرفته تری از باتری فلز-هوا ارائه کرد. از نظر تئوری در مقایسه با سایر سیستم های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی، باتری فلز-هوا دارای بیشترین چگالی انرژی هستند که عمدتا به دلیل این است که یکی از الکترودها اکسیژن است. است. فلزاتی که در باتری های فلز-هوا استفاده می شوند شامل: لیتیوم، سدیم، پتاسیم (الکترولیت غیر آبی) آلومینیوم، منیزیم، آهن و روی (الکترولیت آبی) می باشد. جدول 1 مقایسه بین انواع باتریهای فلز-هوا را نشان می دهد.
در مقایسه با دیگر باتری ها، باتری های روی-هوا به دلیل چگالی انرژی تئوری بالا (Wh/kg 1086)، هزینه پایین، ایمنی زیاد و نداشتن مشکلات زیست محیطی عمده، در زمره سیستم های امیداورکننده برای ذخیره انرژی قرار گرفته اند.
فلز روی از نظر فراوانی چهارمین فلز روی زمین است و بنابراین در تولید گسترده باتری های روی-هوا مشکلی درباره تامین روی بوجود نخواهد آمد. تصویر شماتیک باتری روی-هوا در شکل 1 نشان داده شده است. باتری روی هوا دارای 4 جزء اصلی شامل الکترود روی به عنوان قطب منفی، الکترولیت قلیایی، جدا کننده و الکترود هوا به عنوان قطب منفی می باشد.
ذخیره بار الکتریکی در باتریهای روی-هوا قابل شارژ بوسیله اکسیداسیون فلز روی، واکنش احیای اکسیژن (ORR) و واکنش آزادسازی اکسیژن (OER) رخ می دهد. (واکنشهای 1 تا 4)
به دلیل اینکه سینیتیک واکنش های احیای اکسیژن در زمان دشارژ و آزادسازی اکسیژن در زمان شارژ بسیار کند است، انرژی و عمر چرخه ای باتری های فلز-هوا را به مقدار زیادی کاهش می دهد. بنابراین توسعه کاتالیست های مناسب برای تسریع این واکنش ها بسیار بااهمیت می باشد.
پتانسیل ترمودینامیکی واکنشهای OER و ORR، در واقغ 1/23 ولت نسبت به الکترود استاندارد هیدروژن (RHE) می باشد. با توجه به این که هر دو واکنش چهار الکترونی هستند دارای مکانیسم پیچیده و سینتیکی کند هستند، بنابراین اضافه پتانسیل بالایی را نشان می دهند. این اضافه پتانسیل بالا، بازده انرژی باتری های روی-هوا را تا مقدار 55 تا 65 درصد کاهش می دهد. طراحی باتری های روی-هوا همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است:
می تواند به صورت سه الکترودی و دو الکترودی باشد. در حالت سه الکترودی دو نوع کاتالیست متفاوت برای واکنش های OER و ORR خواهیم داشت که از نظر عملی با مشکلاتی همراه خواهد بود. بنابراین استفاده از یک کاتالیستی که هر دو واکنش OER و ORR در یک الکترود رخ دهد بسیار حائز اهمیت است.
در عین حال عدم وجود الکترودهای دو کاره موثر و پایدار برای قطب اکسیژن یکی از چالش های اصلی باتری های روی-هوا می باشد. در این بین فلزات گرانبهایی مثل پلاتین، ایریدیم، روتینیوم و … فعالیت خوبی را برای واکنش های احیا و آزادسازی اکسیژن نشان می دهند، اما قیمت بالا و پایداری پایین استفاده آنها در باتری های تجاری را با مشکل مواجه می کند. در نتیجه توسعه الکترودهای دوکاره با کارایی بالا و قیمت مناسب و پایداری بالا برای افزایش عملکرد باتری های روی-هوا الزامی است. در سالهای اخیر مطالعات گستردهای روی انواع اکسیدها، هیدروکسیدها، سولفیدها و نیتریدها و همچنین مواد کربنی به عنوان الکتروکاتالیست برای واکنشهای ORR و OER صورت گرفته است.
موادر بر پایه کاربیدهای فلزی همچون مکسین ها مخصوصا Ti3C2 و گرافن در حال حاضر مورد توجه پژوهشگران برای الکتروکاتالیست در کاتد باتری های روی-هوا هستند.
در کاتد باتری های فلز-هوا معمولا از پارچه کربنی و نیکل فوم به عنوان بستر و جمع کننده جریان استفاده می شود.
علاوه بر این لایه نفوذ گاز در باتری های فلز-هوا معمولا از ترکیب کربن اکتیو (فعال)، کربن بلک و بایندر PTFE ساخته می شود.
در آند باتری های روی-هوا معمولا از فویل روی خلوص بالا استفاده می گردد.
چرا ردوکس کالا؟
ردوکس کالا با تیم متخصص در زمینه نانومواد و انرژی بهترین محصولات مورد نیاز شما را تامین می کند.
ردوکس کالا صرفا فروشنده نیست و کالاهای مورد نیاز پژوهشگران را با دانش تخصصی تیم خود تامین می کند.
محصولات ردوکس کالا قبل از فروش به مشتری توسط کارشناسان تست می شود این به این معنی است که شما با خیال آسوده از عملکرد محصولات می توانید محصولات را تهیه کنید.
