لزيادة عمر البطارية: دفع بطاريات أيونات الليثيوم إلى مستوى الأداء التالي

كثافة طاقة عالية ، عمر دورة ممتد ، وأي تأثير ذاكرة: بطاريات الليثيوم الأيونية هي أكثر أجهزة تخزين الطاقة انتشارًا للأجهزة المحمولة بالإضافة إلى حاملات الأمل للتنقل الكهربائي. يبحث الباحثون عن أنواع جديدة من المواد الكهربائية النشطة من أجل دفع البطاريات إلى المستوى التالي من الأداء العالي والمتانة ، وجعلها أكثر استخدامًا للأجهزة الكبيرة. يقول فريدي كوليتز من قسم الكيمياء غير العضوية - المواد الوظيفية في جامعة فيينا ، والذي قام مع كلاوديو جربالدي ، رئيس مجموعة المواد التطبيقية والكيمياء الكهربائية في شركة البوليتكنيك ، بأن "مواد بطارية ليثيوم أيون النانوية يمكن أن توفر حلا جيدا". دي تورينو ، إيطاليا ، هو المؤلف الرئيسي للدراسة.

إن المركب النانوي ثنائي / ثلاثي الأبعاد القائم على أكسيد معدني مختلط و الجرافين ، الذي طوره العلماء وفرقهم ، يحسن بشكل خطير الأداء الكهروكيميائي لبطاريات أيونات الليثيوم. "في اختباراتنا التجريبية ، قدمت مادة الإلكترود الجديدة قدرة محسنة بشكل ملحوظ مع إستقرار غير مسبوق للدراجات أكثر من 3000 دورة عكسية للشحن والتفريغ حتى في الأنظمة الحالية المرتفعة للغاية حتى 1280 مللي أمبير" ، يقول رئيس قسم فريدي كوليتز. تفقد بطاريات الليثيوم الليثيوم اليوم أدائها بعد حوالي 1000 دورة شحن.

وصفة جديدة

عادة ما توجد الأنودات التقليدية لمواد الكربون مثل الجرافيت. "الأكاسيد المعدنية لديها قدرة بطارية أفضل من الجرافيت ، لكنها غير مستقرة تماما وموصل أقل" ، يشرح كلايتس. وجد الباحثون طريقة لتحقيق أقصى استفادة من السمات الإيجابية لكلا المركبين. لقد طوروا عائلة جديدة من المواد الفعالة للقطب الكهربائي ، مبنية على أكسيد فلز مختلط و الجرافين عالي التوصيل والتثبيت ، مما يظهر خصائص متفوقة بالمقارنة مع تلك الخاصة بمعظم مركبات أكسيد النحاس النانوية والمركبات المركبة.

وكخطوة أولى ، واستناداً إلى إجراء طهي مصمم حديثًا ، تمكن الباحثون من خلط النحاس والنيكل متجانسًا وتحت الأسلوب المتحكم به لتحقيق المعدن المختلط. على أساس nanocasting - طريقة لإنتاج مواد mesoporous - أنها خلقت جزيئات أكسيد الفلز النانوية المختلطة المنظّمة ، والتي بسبب شبكتها الواسعة من المسام لديها مساحة تفاعلية عالية جدا للتبادل مع أيون الليثيوم من إلكتروليت البطارية. ثم طبق العلماء عملية تجفيف بالرش لفك جسيمات أكسيد الفلز المختلط بإحكام مع طبقات رقيقة من الجرافين.

تصميم بسيط وفعال

يعتبر استخدام بطاريات الليثيوم أيون للتنقل الإلكتروني مشكلة من وجهة نظر بيئية ، على سبيل المثال بسبب إنتاجها المكثف من المواد الخام. يمكن للبطاريات الصغيرة التي يمكنها تخزين أكبر قدر ممكن من الطاقة ، والتي تمتد لأطول فترة ممكنة وغير مكلفة للغاية لتصنيعها ، أن تعزز استخدامها في الأجهزة الكبيرة الحجم. "بالمقارنة مع المقاربات القائمة ، فإن استراتيجيتنا الهندسية المبتكرة لمواد الأنود الجديدة عالية الأداء وطويلة الأمد هي عملية بسيطة وفعالة. إنها عملية قائمة على الماء ، وبالتالي فهي صديقة للبيئة ومستعدة للتطبيق على المستوى الصناعي ،" يستنتج المؤلفون

من: أخبار العلوم