Hamshahri corpus document

DOC ID : H-801210-54303S1

Date of Document: 2002-03-01

باتري هاي قابل شارژ با طول عمر زياد دانشمندان بروكهاون دريافتند كه قابليت بالاي ذخيره سازي انرژي در اين آلياژ به خاطر هايي دمبل است كه از دو اتم نيكل ساخته شده است. (سمت چپ، پايين ) و جايگزين اتم لانتان در شبكه شده است. اتم هاي لانتان به رنگ قرمز و اتم هاي نيكل به رنگ آبي و سفيد نشان داده شده اند. سليمان فرهاديان دانشمندان دپارتمان انرژي در آزمايشگاه ملي بروكهاون، آلياژ فلزي جديدي تهيه كرده اند كه مي تواند عملكرد باتري هاي قابل شارژ ابزارهاي الكترونيكي قابل حمل و خودروهاي الكتريكي را تا حدود زيادي بهبود بخشد. اگر شما هم از اينكه باتري تلفن يا كامپيوتر قابل حمل تان سريع تخليه مي شوند خسته شده ايد، در اين صورت قابليت شارژ مجدد اين باتري ها يك راه حل براي فايق آمدن بر اين مشكل است. دانشمندان آزمايشگاه ملي بروكهاون، جيمز ريلي، گوردانا آدزيك، جان جانسون، توماس وت و جيمز مك برين يك نوع آلياژ فلزي جديد تهيه كرده اند كه مي تواند عملكرد باتري هاي قابل شارژ را به شدت بهبود بخشد. وقتي كه اين آلياژ جديد به عنوان الكترود در باتري هاي نيكل هيدريد فلز (Ni/MHX) _ اكثر باتري هاي قابل شارژ ساختار اينچنيني دارند _ به كار رفت مشخص شد كه باتري هاي جديد ظرفيت بالايي براي ذخيره بار دارند، در مقابل خوردگي مقاوم هستند و مي توان پس از هر مرتبه تخليه بار مجددا آنها را شارژ نمود. گذشته از همه اينها، آلياژ جديد حاوي كبالت نيست. كبالت فلز گرانقيمتي است كه در بسياري از باتري هاي Ni/MHX يافت مي شود. اين باتري ها كادميوم نيز ندارند و اين يك مزيت محسوب مي شود زيرا كادميوم فلز سمي است كه در باتري هاي قابل شارژ نيكل كادميوم يافت مي شود. به گفته ريلي مدير گروه تحقيقاتي، آلياژ جديد كه از لانتان، نيكل و قلع ساخته شده است چندان گرانقيمت نيست و براي محيط زيست نيز ضرر و زياني درپي ندارد. اين آلياژ جديد نيز از ساختار كلي باتري هاي Ni/MHX تبعيت مي كند، يعني داراي شبكه هاي مكعبي شكل است و اتم هاي لانتان در گوشه هاي اين شبكه و اتم هاي نيكل در قسمت هاي داخلي شبكه به كار رفته است. طرز كار اين الكترودها به اين صورت است كه در طي عمل شارژ اتم هاي هيدورژن _ كه از الكتروليت ايجاد مي شود _ را در فضاي بين اتم ها ذخيره مي كند و در مرحله تخليه شدن باتري ها مجددا آنها را به الكتروليت برمي گرداند. اما اين اتم هاي هيدروژن اثر بسيار نامطلوبي نيز دارند: اين اتم ها باعث مي شوند كه شبكه بلور در طي شارژ منبسط شده و سپس در طي عمل دشارژ منقبض شود. ريلي مي گويد: اين عمل منبسط و منقبض شدن در هر چرخه پر و خالي شدن باتري انجام مي گيرد و باعث مي شود كه آلياژ بشكند و به اجزاء كوچكتري تبديل مي شود كه در اين صورت تمايل آن براي خوردگي افزايش پيدا مي كند. به همين دليل است كه باتري ها را نمي توان براي دفعات نامحدودي شارژ كرد زيرا در نهايت عمل خوردگي روي مي دهد كه باعث تخريب ساختار آلياژ مي شود. اين دانشمندان پس از آزمايشات زياد دريافتند كه با استفاده از تركيبي از فلزات كه در ساختار آن به جاي نيكل، كبالت به كار رفته است مي توان تمايل اين الكترودها براي شكسته شدن يا زنگ زدن و خوردگي را كاهش مي داد. اماحتي وجود مقادير كم كبالت مي تواند باعث شود كه قيمت باتري ها به طور قابل ملاحظه اي افزايش در يابد مورد باتري هاي بزرگي كه در خوردهاي الكتريكي استفاده مي شود، قيمت بالاي باتري عاملي است كه مي تواند مانع از كاربرد آن شود. بنابراين دانشمندان درصدد بر آمدند تا نقش كبالت را در عملكرد اين باتري ها دريابند و در نتيجه روش هايي را بيابند كه بتوانند فلزات ديگري را جايگزين آن نمايند. بنابراين دانشمندان آزمايشگاه بروكهاون دست به كار شده و در مورد آلياژهاي نسبتا ساده اي كه فاقد كبالت هستند به تحقيق پرداختند. آنها در نهايت تركيبي از لانتان، نيكل و قلع ساختند كه ظرفيت بسيار بالايي دارد و بر اثر شارژ و دشارژ شدن هاي متوالي خراب نمي شود. اين امر دانشمندان را متعجب ساخت زيرا در حالت عادي تركيب اين عناصر به نسبت هاي كلاسيك يك اتم لانتان و 5 اتم ديگر باعث مي شود كه باتري خيلي سريع از كار بيافتد. دانشمندان مشغول انجام آزمايشات بودند، كه مثل هميشه اشتباهي رخ داد آنها مقدار بيش از اندازه اي نيكل _ قلع به تركيب افزودند به طوري كه نسبت اتم ها مثل هميشه 1 لانتان به 5 قلع يا نيكل نبود بلكه اين نسبت 1 /5 157به شد. اين اختلاف ناچيز در نسبت اجزاء تشكيل دهنده باعث ايجاد اختلاف بسيار مهمي در عملكرد باتري شد. عملكرد بهتر اين باتري هاي حاوي آلياژ جديد طي آزمايشات بعدي تاييد شد. سري جديد اين آزمايشات توسط آدزيك و جانسون انجام شد كه در اين آزمايشات نسبت لانتان به نيكل و قلع برابر 1 به /5 157بود. در مراحل بعد وت ساختار شبكه را در مركز سينكروترون آزمايشگاه بروكهاون مورد مطالعه قرار داد تا دريابد كه اتم هاي اضافه كجا با رفتند آزمايش نمونه هايي از اين مواد بوسيله باريكه اي از اشعه X با شدت زياد و توجه به نحوه تفرق اشعه وي دريافت هايي دمبل كه از دو اتم نيكل ساخته شده اند جايگزين بعضي از اتم هاي لانتان در گوشه هاي مكعب شده اند. وت مي گويد اين دمبل هاي نيكلي باعث مي شود كه ساختار آن متراكم تر شده و بنابراين تا حدودي قابليت آن را براي ذخيره كردن هيدروژن كم مي كند. در نتيجه ظرفيت ذخيره انرژي آن را نسبت به فرمول قديمي 51 كاهش مي دهد. اما در عوض اين اثر تمايل آلياژ را براي خوردگي كم كرده و در نتيجه طول عمر آن افزايش مي يابد: در نتيجه ظرفيت ذخيره انرژي اين آلياژهاي جديد در درازمدت نسبت به ظرفيت ذخيره انرژي آلياژهاي كبالت كه در باتري هاي تجاري موجود مورد استفاده قرار مي گيرد افزايش مي يابد. حمايت مالي: حمايت مالي اين آزمايشات توسط دفتر علوم دپارتمان انرژي ايالات متحده بخش علوم انرژي هاي پايه انجام اين شد دفتر حمايت از تحقيقات پايه اي در بسياري از رشته هاي علمي را برعهده دارد. آزمايشگاه ملي بروكهاون: در اين آزمايشگاه علاوه بر آنكه آزمايشات بسياري در زمينه فناوري انرژي انجام مي گيرد اما در ضمن مكان مناسبي براي انجام آزمايشات علوم فيزيكي، زيست پزشكي و زيست محيطي است. بروكهاون تجهيزات بسياري را تهيه نموده و در اختيار دانشمندان و محققين دانشگاه ها، صنايع و ساير محققين دستگاه هاي دولتي قرار مي دهد. مديريت اين آزمايشگاه برعهده انجمن علوم بروكهاون مي باشد كه يك شركت با مسئوليت محدود است و توسط دانشگاه استوني بروك تاسيس شده اين است سازمان يك موسسه غيرانتفاعي است كه در زمينه علوم كاربردي و فن آوري فعاليت مي كند. مولف: كارن مك نالتي والش از سپتامبر 1999 مدير ارشد روابط عمومي آزمايشگاه ملي بروكهاون است. وي مدرك فوق ليسانس روزنامه نگاري علمي را از دانشگاه نيويورك و ليسانس زيست شناسي را از واساركالج دريافت كرد. وي سابقا سردبير مجله جهان دانش بود كه مجله علمي ويژه نوجوانان است. وي همچنين سردبيري چند مجله علمي ديگر را كه ويژه نوجوانان است نيز سابقا برعهده داشت.