طوّر باحثون صينيون طلاءً مزدوج الغلاف يُمكن أن يجعل بطاريات الليثيوم أيون أعلى سعة وأطول عمرًا، استمرارًا لمساعي تحسين أداء البطاريات بوصفها أحد العناصر الحيوية لتحوّل الطاقة.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، يعالج الابتكار الجديد المشكلات الرئيسة التي تواجهها الكاثودات الغنية بالليثيوم.
ويجمع تصميم إسبنيل فلوريد الليثيوم (LiF@spinel)، الذي طوّره فريق من الباحثين من جامعتي خبي ولونغيان، بين طبقتين واقيتين لمنع تلف السطح وتحسين أداء دورة الشحن.
ويرسم هذا الابتكار طريقًا عمليًا نحو بطاريات مستقرة وعالية الطاقة؛ إذ أظهرت النتائج مقاومة أقل، وتدفّق أيونات أسرع، ونواتج تآكل ثانوية أقل.
أهمية بطاريات الليثيوم أيون
تُشغّل بطاريات الليثيوم أيون معظم السيارات الكهربائية والهواتف الذكية وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة في الوقت الحالي.
وتتميز هذه البطاريات بخفّة وزنها وقابليتها لإعادة الشحن، وكثافة طاقتها العالية، ما يجعلها حيوية للانتقال إلى الطاقة النظيفة؛ إلّا أنه تواجه هذه التقنية بعض العقبات.
ووفق التفاصيل لدى منصة الطاقة المتخصصة، يُقصّر عدم استقرار الكاثود، وتحلل الإلكتروليت، وتلاشي السعة تدريجيًا، من عمر البطارية، كما ما تزال مخاطر السلامة، مثل ارتفاع درجة الحرارة ومخاطر الحرائق، تُشكّل مصدر قلق.
بالإضافة إلى ذلك، يُفاقم الاعتماد على معادن نادرة مثل الكوبالت والنيكل من التكلفة ومشكلات سلسلة التوريد.
ومن ثم، تدفع هذه القيود البحث نحو تصميمات أكثر أمانًا وأعلى سعة تُمكّن من توفير دورات حياة أطول وأداء مُحسّن.
وأفاد الباحثون الصينيون بأن ابتكار الطلاء الجديد قد يُسرّع من طرح السيارات الكهربائية طويلة المدى، ويطيل عمر الأجهزة الإلكترونية المحمولة، ويُحسّن أنظمة تخزين الطاقة المتجددة.
ونظرًا لإمكان تكييف تصميم إسبنيل فلوريد الليثيوم مع مواد أقطاب كهربائية أخرى غير مستقرة، فإن هذا النهج قد يدعم أيضًا تطورات أوسع في مجال تخزين الطاقة، بحسب ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
طلاء بطاريات الليثيوم أيون
لفتت الأكاسيد متعددة الطبقات الغنية بالليثيوم (LRMO) الانتباه، لسعتها العالية ومزاياها من حيث التكلفة، بحسب الدراسة التي نُشرت نتائجها في مجلة "إنرجي ماتريالز آند دفايسيز" (Energy Materials & Devices).
إلّا أن إطلاق الأكسجين عند الجهد العالي، والانهيار الهيكلي، والتآكل الناتج عن تحلل الإلكتروليت، يحدّ من استعمالها، وتُؤدي هذه المشكلات إلى انخفاض الجهد وفقدان المعدن، ما يُقلّل من عمر البطارية.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، اختُبِرَت إستراتيجيات الطلاء، لكن العديد منها يعوق نقل الأيونات، أو يتقشر بعد الاستعمال المتكرر.
إسبنيل فلوريد الليثيوم
قال الباحثون، إن نهج إسبنيل فلوريد الليثيوم يجمع بين حاجز الإسبنيل لحركة الأيونات السريعة وطبقة خارجية من فلوريد الليثيوم تمنع التآكل.
(الإسبنيل هو معدن يتكون من أكسيد المغنيسيوم والألومنيوم).
وتشكّلت طبقة الإسبنيل مباشرة على سطح الكاثود، ما أدى إلى إنشاء شبكة ثلاثية الأبعاد لنقل أيونات الليثيوم.
في الأعلى، غطّى درع فلوريد الليثيوم -المرتبط كيميائيًا بمثبتات فلوريد النيكل الثنائي- القطب الكهربائي ضدّ تآكل الإلكتروليت، وتأكَّد التكامل السلس للطبقتين.
وأظهرت الاختبارات نتائج قوية: عند درجة حرارة 2 مئوية، احتفظ الكاثود المغطى بنسبة 81.5% من سعته بعد 150 دورة، مقارنةً بنسبة 63.2% في عينة غير مطلية.
حتى في ظل دورة فائقة السرعة عند درجة حرارة 5 مئوية، احتفظ تصميم الغلاف المزدوج بأكثر من 80% من سعته، وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصدر:
