التطور في الجيل الثاني لبطاريات الليثيوم المعدنية

يتحدث المقال عن أن معدن الليثيوم يحمل خصائص مميزة تجعله مادة الأحلام للبطاريات بسبب إمكانية عملها أطول بنحو مرتين مما تعمله البطاريات الأخرى، وكيف أن بضع باحثون يجربون طريقة لمعالجة مشكلة الأمن والسلامة في الجيل الثاني لبطاريات الليثيوم المعدنية دون المساس بالأداء.

طور فريق بحثي بجامعة ولاية واشنطن طريقة لمعالجة مشكلة الأمن والسلامة في بطاريات الليثيوم المعدنية – وهو ابتكار يمكن أن يجعل البطاريات ذات الطاقة العالية أكثر قابلية لتطبيق الجيل التالي من البطاريات في مجال تخزين الطاقة

استخدم الباحثون طريقة تشكيل معينة لبطارياتهم أدت إلى تكوين طبقة فريدة من نوعها حول أنود الليثيوم، وذلك لحماية البطاريات من الانحلال والسماح لها بالعمل لفترة أطول في ظل ظروف مثالية. وقد قام مين كيو سونغ، الأستاذ المساعد في جامعة ولاية واشنطن كلية الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد بقيادة الفريق وارشاد الباحثين وقاموا بنشر تقرير عن العمل في مجلة طاقة النانو

وقال سونج إن معدن الليثيوم يعتبر “مادة الأحلام” للبطاريات. وذلك لأنه يحمل خصائص مميزة من بين المواد الصلبة المعروفة، فهو لديه أعلى كثافة طاقة، مما يعني أن البطاريات ممكن أن تعمل أطول بنحو مرتين مما تعمله البطاريات الأخرى كما أنها تحمل طاقة أكثر من بطاريات الليثيوم أيون المنتشرة في كل مكان والتي تستخدم في معظم الإلكترونيات الحالية. وبينما تعمل بطاريات الليثيوم أيون بتمرير أيونات الليثيوم بين أنود الجرافيت وكاثود أكسيد كوبالت الليثيوم، فإن الأنود الموجود في بطارية الليثيوم معدن مصنوع من معدن الليثيوم عالي الطاقة

ويعقب سونج بقوله”إذا تمكنا من استخدام معدن الليثيوم مباشرة، يمكننا تحسين كثافة الطاقة للبطاريات بشكل كبير”

في حين أن مزايا معدن الليثيوم معروفة منذ عقود، إلا أن الباحثون لم يتمكنوا من جعلها تعمل بأمان. فخلال فترة تنقل الإلكترونات بين الأنود والكاثود عبر الدائرة الخارجية لتشغيل الجهاز، فإن التشعبات التي تشبه شجرة عيد الميلاد تبدأ في التكوين على معدن الليثيوم. تنمو هذه التشعبات حتى تتسبب في حدوث شورتات كهربائية أو حرائق أو انفجارات. حتى إذا لم تشتعل فيها النيران، تفقد بطاريات معدن الليثيوم أيضًا قدرتها على الشحن بسرعة كبيرة.

لذا فقد طور فريق بحث في جامعة ولاية واشنطن بطارية قاموا فيها بتعبئة ثاني كبريتيد السيلينيوم، وهي مادة كيميائية غير سامة تستخدم في شامبو القضاء على القشرة، في هيكل كربون مسامي داخل

الكاثود. وقد أضافوا بعض الإضافات إلى الالكتروليتات السائلة التي يتم استكشافها في الجيل التالي من بطاريات الليثيوم

قال سونغ إن المادتين التي تم اضافتهما للالكتروليت تعملان بشكل متآزر وقد شكلتا طبقة واقية على سطح معدن الليثيوم مما أعطاها كثافة وقدرة توصيل وقوة بمايكفي لمنع نمو التشعبات مع السماح باستقرار جيد للدائرة. عندما تم اختبارهذه البطارية بوجود كثافة تيار مثالية وهي الحالة التي يستخدمها الناس عادة عند تشغيل الإلكترونيات، فإن أنود معدن الليثيوم المحمي تمكن من إعادة الشحن خمسمائة مرة واحتفظ بكفاءة عالية

وقال “إن مثل هذه الطبقة الواقية الفريدة أدت إلى تغيرات شكلية قليلة في أنود الليثيوم وخففت بشكل فعال من نمو التشعبات والتفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها”

يعتقد الباحثون أن تقنيتهم يمكن أن تكون قابلة للتطوير وفعالة من حيث التكلفة

ويعقب سونج بذلك: “إذا تم تسويق هذا النوع من البطاريات بشكل تجاري، فسيكون لها إمكانات حقيقية”. “مقارنةً بالبطاريات الصلبة لكن لايزال الأمريحتاج إلى سنوات، لكن في المقابل لا يتطلب تغيير إجراءات في عملية التصنيع، مما يعني أن تطبيق ذلك سيكون في وقت أقرب بكثيرمما هو متوقع، وهذا سيفتح طريقًا واعدًا نحو تطوير بطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة مع فترة حياة طويلة الأجل”

وسوف يواصل الباحثون العمل على البطارية، وتطوير فاصل يحمي مواد البطارية بشكل أكبر من التدهور ويعزز السلامة دون المساس بالأداء

ترجمة: عائشة جلال الأصفر

تويتر :@Aisha36550897

مراجعة: ريناد علي العواجي

تويتر: @i00_ra

المصدر:https://www.sciencedaily.com

شارك هذه المقالة!

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *