پیشرفت باتری‌های مبتنی بر آهن، ذخیره‌سازی انرژی پایدار را بهبود می‌بخشد.

با پیشرفت قرن بیست و یکم، بشریت با چالش‌های بی‌سابقه‌ای در زمینه انرژی مواجه است. مصرف بیش از حد سوخت‌های فسیلی منجر به آلودگی شدید محیط زیست و افزایش خطرات تغییرات آب و هوایی شده است. اجماع جهانی اکنون اولویت را به یافتن راه‌حل‌های انرژی پاک، کارآمد و پایدار می‌دهد. فناوری ذخیره‌سازی انرژی به عنوان حلقه حیاتی بین تولید و مصرف انرژی عمل می‌کند و نقشی حیاتی در ساخت سیستم‌های انرژی جدید ایفا می‌کند.

باتری‌های تمام آهنی (AIBs) که از ترکیبات مبتنی بر آهن برای مواد آند و کاتد استفاده می‌کنند، مزایای ذاتی متعددی را ارائه می‌دهند که آنها را به عنوان جایگزین‌های امیدوارکننده در ذخیره‌سازی انرژی قرار می‌دهد.

آهن در میان فلزات فراوان روی زمین قرار دارد و آن را به طور قابل توجهی مقرون به صرفه‌تر از فلزات کمیاب مانند لیتیوم، کبالت و نیکل می‌کند. با استفاده از ترکیبات مبتنی بر آهن، AIBها هزینه‌های مواد را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند و به طور بالقوه دسترسی به ذخیره‌سازی انرژی پاک را دموکراتیزه می‌کنند.

با ترکیبات مبتنی بر آهن که از نظر شیمیایی پایدار هستند، AIBها مقاومت قابل توجهی در برابر فرار حرارتی و سایر خطرات ایمنی نشان می‌دهند. این پایداری عملکرد قابل اعتماد را حتی در شرایط سخت امکان‌پذیر می‌کند و آنها را برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس مسکونی و شبکه‌ای ایده‌آل می‌کند.

ماهیت غیر سمی و قابلیت بازیافت آهن با اهداف پایداری جهانی همسو است. در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی سنتی، AIBها در طول چرخه عمر خود - از تولید تا دفع - اثرات زیست محیطی کمتری دارند.

توزیع جهانی گسترده منابع آهن، نگرانی‌ها در مورد کمبود مواد و وابستگی‌های ژئوپلیتیکی را که فناوری‌های باتری مبتنی بر فلزات کمیاب را آزار می‌دهد، از بین می‌برد.

توسعه فناوری AIB از طریق چندین نسل پالایش و نوآوری پیشرفت کرده است.

نسخه‌های اولیه AIB 1.0 و 2.0 از الکترودهای خمیر آبی با افزودنی‌های کربن رسانای با غلظت بالا استفاده می‌کردند. در حالی که پایداری معقولی را با 1000 چرخه در استفاده از ظرفیت کم (5٪) نشان می‌دادند، این نسخه‌های اولیه به دلیل سینتیک انتقال الکترون کند بین گونه‌های آهن، از چگالی توان محدود (0.002 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع) رنج می‌بردند.

AIB 3.0 واسطه‌های شاتل ردوکس - متیل ویولوژن (MV) برای آند و ABTS برای کاتد - را معرفی می‌کند تا انتقال الکترون را تسریع بخشد. این افزودنی‌های موجود در بازار در پتانسیل‌های ردوکس سازگار با گونه‌های آهن عمل می‌کنند و چگالی توان را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشند و در عین حال مقرون به صرفه بودن را حفظ می‌کنند.

واسطه‌های شاتل ردوکس نشان‌دهنده پیشرفت تکنولوژیکی AIB 3.0 هستند که واکنش‌های الکترود سریع‌تر را از طریق انتقال الکترون کارآمد امکان‌پذیر می‌کند:

• در آند: MV²⁺ انتقال الکترون را از Fe(0) به Fe(OH)₂ تسهیل می‌کند
• در کاتد: ABTS انتقال الکترون را بین Fe(OH)₂ و Fe(OH)₃ واسطه می‌کند

واسطه‌های شاتل ردوکس موثر باید نشان دهند:

1. فعالیت ردوکس قوی در پتانسیل‌های سازگار
2. پایداری شیمیایی در شرایط عملیاتی
3. حلالیت خوب در الکترولیت‌ها
4. مقرون به صرفه بودن
5. ایمنی محیطی

AIB 3.0 استراتژی‌هایی را برای کاهش واکنش تکامل هیدروژن (HER) اجرا می‌کند که راندمان کولنی را کاهش می‌دهد و خطرات ایمنی را به همراه دارد:

• بهینه‌سازی الکترولیت با بازدارنده‌های خوردگی
• کنترل دقیق پتانسیل الکترود
• انتخاب مواد الکترود با پتانسیل اضافه بالا

نوآوری‌های ترکیبی پیشرفت‌های قابل توجهی را به همراه دارد:

• چگالی توان به طور قابل توجهی افزایش یافته است
• افزایش طول عمر چرخه
• مشخصات ایمنی پیشرفته
• مزایای هزینه حفظ شده است

فناوری AIB در بخش‌های مختلف نویدبخش است:

• ذخیره‌سازی مسکونی: جفت شدن با سیستم‌های خورشیدی برای استقلال انرژی
• ذخیره‌سازی شبکه: پایدارسازی شبکه‌های برق و بهبود استفاده
• نیروی سیار: راه‌حل‌های انرژی سیار ایمن و بادوام
• وسایل نقلیه الکتریکی: حمل و نقل مقرون به صرفه و پایدار

نوآوری مستمر ممکن است بر موارد زیر متمرکز شود:

• مواد الکترود مبتنی بر آهن پیشرفته
• الکترولیت‌های با کارایی بالا
• معماری‌های باتری بهینه شده
• واسطه‌های ردوکس بهبود یافته
• سیستم‌های مدیریت هوشمند

AIB 3.0 نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در فناوری ذخیره‌سازی انرژی از طریق مکانیسم شاتل ردوکس نوآورانه و استراتژی‌های کاهش HER است. با ادامه توسعه، باتری‌های تمام آهنی ممکن است به عنوان یک راه‌حل اصلی برای ساخت سیستم‌های انرژی پایدار ظاهر شوند و مزایای قانع‌کننده‌ای در ایمنی، هزینه و اثرات زیست محیطی ارائه دهند.