تحول دنیای فناوری‌های کوچک با باتری‌هایی از جنس روی!

به زودی، شهر‌ها پر از حسگر‌های مختلف، از ردیاب‌های آلودگی گرفته تا کنترل کنندگان شرایط آب و هوایی خواهند شد. کانتینر‌های تلفن همراه 5G شبکه جهانی وای فای فوق‌العاده‌ای را پخش می‌کنند که قادر است یک فیلم با کیفیت را در عرض چند ثانیه روی تلفن همراه دانلود کند. حسگر‌های پوشیدنی برتری که می‌توانند در پیراهن افراد قرار گرفته و راه رفتن، بیماری‌های قلبی و حتی مواد موجود در عرق افراد را بررسی کنند.

به گزارش فرارو، تنها یک چیز تحقق این امر را ممکن می‌سازد و آن باتری است. شرلی منگ، پروفسور مهندسی نانو و علم مواد دانشگاه سن دیگو کالیفرنیا گفت: «تکنولوژی در حال حاضر مهیاست، تنها چیزی که وجود ندارد منبع برق است.» برای حسگر‌هایی مانند حسگر‌های پوشیدنی، به یک منبع همه کاره و بی خطر نیاز داریم تا در طیف وسیعی از دما‌ها به درستی روی بدن افراد قرار گیرد. در حال حاضر از باتری‌های لیتیومی در همه چیز از تلفن‌های همراه گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود.

اگرچه باتری‌های لیتیومی انرژی زیادی را در یک بسته فشرده جمع‌آوری می‌کنند، اما به الکترولیت مایعی متکی هستند که در صورت گرم شدن بیش از حد یا تخریب قابل اشتعال است. منفجر شدن گوشی‌های سامسونگ نیز بدلیل ذخیره انرژی در یک محفظه سفت و سخت است؛ چیزی که برای استفاده در یک پوشیدنی مانند پیراهن مناسب نیست. این موضوع باعث شده که برخی از ارائه‌دهندگان این محصولات به دنبال باتری‌های جدیدی باشند که می‌توان آن‌ها را خم کرد و پیچاند و به جای یک کارخانه گیگافکتوری دریک تیشرت مورد استفاده قرار داد. این باتری‌ها از روی، فلزی بسیار رایج‌تر از لیتیوم ساخته شده اند که ‌می‌توان آنها را در ابعاد بسیار کوچک، به اندازه یک برچسب طراحی کرد.

شرکت Imprint Strength که در Alameda مستقر است، یکی از شرکت‌هایی است که روی باتری‌هایی از جنس روی که همه کاره و قابل اعتماد هستند، کار می‌کند. کریستین هو مدیرعامل این شرکت به عنوان محقق دانشجوی کالج کالیفرنیا با بررسی باتری‌های لیتیومی به این نتیجه رسید که جهان به باتری‌های دیگری نیاز دارد. در ژانویه ۲۰۲۲، Imprint سبک جدیدی از باتری به نام ZinCore را عرضه کرد که نسبت به طرح های قبلی تا ۱۰ نمونه برق بیشتری را به اندازه یک میلی متر در یک موبایل بسته بندی می‌کند. کریستین هو اعلام کرد که این باتری‌ها برخلاف باتری‌های قبلی در دمای بسیار پایین تا ۳۵- درجه سانتیگراد نیز دوام می‌آورند و می‌توان از آن‌ها برای نظارت و ردیابی کالا‌ها در دمای بسیار پایین استفاده کرد.

"هو" همچنین گفت: «بخش عمده‌ای از قطعات باتری‌های ما در ویتامین‌های طبیعی وجود دارند.» این باتری‌ها را می‌توان منقبض و خم کرد و در دستگاه‌های کوچک مورد استفاده قرار داد. Imprint اکنون بر دو بازار بزرگ تمرکز کرده است؛ می‌توان از این باتری‌ها برای تولید انرژی سلول‌های 5G و حسگر‌های شبکه نقاط (IoT) در شهر‌ها استفاده کرد. Imprint می‌تواند دمای اقلام حساس مانند غذا‌های دریایی یا محصولات منجمد را بررسی کند. این باتری‌ها می‌توانند در زمان انتخابات نیز مورد استفاده قرار گیرند و با قرار گرفتن روی محموله‌های برگه‌های رای کاغذی، آرا را کنترل کنند. در مقایسه با یون لیتیوم، که به مواد معدنی کمیاب وابسته است و چالش‌های اساسی ایمنی را به همراه دارد باتری‌های روی ذاتاً سالم و در دسترس هستند.

نقطه ضعف اصلی باتری‌های روی، شارژ مجدد آن‌ها می‌باشد. هنگامی که باتری‌های روی معمولی برای جذب انرژی معکوس می‌شوند، روی می‌تواند در مکان‌های خاصی که قدرت الکتریکی در آند بسیار زیاد است، جمع شود و دندریت‌هایی را تشکیل دهد که دیر یا زود سلول‌ها را کوچک می‌کنند. بدلیل محدودیت‌های موجود، باتری‌ها معمولاً نمی‌توانند بیش از چند صد چرخه را انجام دهند. محققین زیادی بر روی اصلاح الکترولیت به منظور به حداقل رساندن آسیب و امکان شارژ مجدد سریعتر کار کرده اند. فقط یک بررسی توسط دانشگاه هانیانگ در جمهوری کره نشان داد که عملکرد کلی سلول روی در بیش از ۳۰۰۰۰ چرخه ثابت مانده است. شرکت‌هایی مانند Zinc8 با تطبیق باتری‌های روی برای ذخیره‌سازی قدرت در مقیاس بزرگ، توانسته اند شبکه‌های الکتریکی بزرگ را نیز برق رسانی کنند.