این باتری سبک، انعطافپذیر و سازگار با محیط زیست میتواند در آینده، انرژی مورد نیاز دستگاههای پوشیدنی سلامت، حسگرهای هوشمند و سایر تجهیزات الکترونیکی کوچک را تامین کند در حالی که نسبت به باتریهای رایج، برای انسان و محیط زیست ایمنتر است.
امروزه بسیاری از دستگاههای الکترونیکی مانند دستبندهای هوشمند پایش فعالیت بدنی، تجهیزات پایش پزشکی و حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) به منابع تغذیهای کوچک و سبک نیاز دارند.
باتریهای لیتیومیونی متداول اگرچه عملکرد مناسبی دارند، اما معمولاً سنگین و سخت هستند. در این باتریها از مواد قابل اشتعال یا سمی استفاده میشود که در صورت آسیب دیدن باتری ممکن است نشت کنند. اما باتری جدید که با رطوبت فعال میشود و راهکاری متفاوت ارائه میدهد.
این باتری به جای استفاده از الکترولیت مایع ذخیرهشده درون خود، آب موجود در هوای اطراف را جذب میکند. سپس این آب، نمکهای ویژه کلرید لیتیوم را که درون باتری قرار دارند، حل کرده و الکترولیت آبنمکی ایجاد میکند که امکان عبور جریان برق را فراهم میسازد.
از آنجا که این باتری فقط پس از قرار گرفتن در معرض هوا فعال میشود، تا زمانی که در بستهبندی خود قرار دارد، غیرفعال میماند. همین ویژگی، باعث میشود که عمر نگهداری آن نسبت به بسیاری از باتریهای متداول بسیار بیشتر باشد.
این باتری همچنین از مواد سازگار با محیط زیست ساخته شده و در ساختار آن از آند منیزیمی، کاتد مبتنی بر نقره و غشای سلولزی تهیهشده از مواد گیاهی استفاده شده است.
پژوهشگران میگویند: از آنجا که این باتری عمدتا با آبنمک کار میکند و به جای مواد شیمیایی قابل اشتعال از این ماده بهره میبرد، نسبت به بسیاری از فناوریهای کنونی باتری، ایمنتر بوده و آسیب کمتری به محیط زیست وارد میکند.
پژوهشگران همچنین یکی از مشکلات رایج باتریهای انعطافپذیر را برطرف کردهاند. باتریهای کشسان معمولا هنگام کشیده شدن بخشی از کارایی خود را از دست میدهند، زیرا میان اجزای آنها شکاف ایجاد میشود.
پژوهشگران برای حل این مشکل، از ساختار فلسهای پانگولین الهام گرفتند؛ پانگولین، پستانداری است که بدنش با فلسهای محافظ و همپوشان پوشیده شده است. آنان اجزای باتری را نیز به همین شکل همپوشان طراحی کردند تا حتی هنگام خم شدن، پیچیدن یا کشیده شدن نیز عملکرد باتری حفظ شود.
آنان برای ارزیابی طراحی خود، از این باتری برای تامین انرژی یک دستگاه بیسیم بلوتوثی اندازهگیری اکسیژن خون استفاده کردند. این باتری توانست این دستگاه را تا ۳۰ ساعت روشن نگه دارد؛ مدت زمانی که با بسیاری از باتریهای متداول برابری میکند و نشان میدهد این فناوری برای کاربردهای عملی نیز مناسب است.
به باور پژوهشگران، این باتری میتواند در آینده در محصولات متعددی ازجمله تجهیزات پزشکی پوشیدنی، لباسهای هوشمند، حسگرهای محیطی، رباتهای مینیاتوری و سایر تجهیزات الکترونیکی متصل به کار گرفته شود.
یکی از ویژگیهای جالب این باتری، «کلید نابودی» (Kill Switch) اختیاری است. این قابلیت امنیتی، برای زمانی طراحی شده که دستگاههای الکترونیکی حساس توسط فرد یا افرادی دستکاری یا برای باز کردن آنها تلاش کنند تا دستگاه بهطور کامل از بین بروند.
نوریج گزارش کرد، این «کلید نابودی» شامل مخلوط خشکی از پودر آلومینیوم و ید است که در محفظهای جداگانه نگهداری میشود. اگر فردی تلاش کند دستگاه را باز یا از هم جدا کند، این پودرها با رطوبتی که باتری جذب کرده است تماس پیدا میکنند. در نتیجه، یک واکنش شیمیایی بسیار سریع آغاز میشود که گرمای کافی برای نابودی کامل دستگاه را در چند دقیقه تولید میکند.
پژوهشگران در آزمایشهای خود، این سیستم را داخل حسگر بیسیم تشخیص گاز نصب کردند. پس از فعال شدن «کلید نابودی»، حسگر و تمام قطعات الکترونیکی آن در کمتر از سه دقیقه بهطور کامل از بین رفتند.
قابلیت خودتخریبی این باتری عمدتا برای کاربردهای تخصصی امنیتی و اطلاعاتی طراحی شده بنابراین پژوهشگران تاکید کردند که مهمترین دستاورد این پروژه، خودِ فناوری باتری است.
به گفته آنان، ترکیب انعطافپذیری، ایمنی، زیستتخریبپذیری و عملکرد قابل اعتماد در این باتری میتواند به تامین انرژی نسل آینده دستگاههای الکترونیکی هوشمند کمک کند و تاثیرات زیستمحیطی آنها را نیز کاهش دهد.
این باتری جدید توسط پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه رایس توسعه یافته و نتایج پژوهش آنان در نشریه Science Advances منتشر شده است.
انتهای پیام
