تعرف على الكتروليت البطارية الجديد الذي يمكن أن يحسن من اداء السيارات الكهربائية

الكتروليت البطارية الجديد كيف يمكن أن يحسن من اداء السيارات الكهربائية

ترجمة وإعداد : عاصم مجدى محمد

مراجعة وتدقيق : مها ماهر العراقي

يمكن للالكتروليت الجديد القائم على الليثيوم التي اخترعها علماء جامعة ستانفورد أن تمهد الطريق للجيل القادم من الاجهزه الكهربائية التي تعمل بالبطارية.

الالكتروليت هوسائل أو جل يحتوي على أيونات موجبه وسالبه ويوجد على سبيل المثال في البطاريات

تحتوي بطاريات ليثيوم أيون ، المستخدمة في كل شيء من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية ، على قطبين كهربائيين - كاثود موجب الشحنة يحتوي على الليثيوم وأنود سالب الشحنه مصنوع عادةً من الجرافيت. يسمح محلول الالكتروليت لأيونات الليثيوم بالانتقال ذهابًا وإيابًا بين الأنود والكاثود عند استخدام البطارية وعند إعادة شحنها.

في دراسة نشرت في 22 يونيو في Nature Energy ، أظهر باحثو ستانفورد كيف يعزز تصميمهم الالكتروليت الجديد أداء بطاريات الليثيوم المعدنية ، وهي تقنية واعدة لتشغيل السيارات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الأخرى.

"ركزت هذه الدراسه على بطاريات الليثيوم المعدنية ، وهي أخف من بطاريات الليثيوم أيون ويمكن أن توفر طاقة أكبر لكل وحدة وزن وحجم."

يمكن لبطارية الليثيوم المعدنية أن تستوعب حوالي ضعف كمية الكهرباء لكل كيلوغرام من بطارية الليثيوم أيون التقليدية الحالية. تقوم بطاريات الليثيوم المعدنية بذلك عن طريق استبدال أنود الجرافيت بمعدن الليثيوم ، والذي يمكنه تخزين طاقة أكبر بكثير.

قال المؤلف المشارك للدراسة زينان باو أستاذ في كلية الهندسة "بطاريات الليثيوم المعدنية واعدة للغاية للسيارات الكهربائية ، حيث يشكل الوزن والحجم مصدر قلق كبير ولكن أثناء التشغيل ، يتفاعل أنود الليثيوم مع الإلكتروليت السائل. وهذا يتسبب في نمو الهياكل الميكروية الليثيوم تسمى التشعبات على سطح الأنود ، مما قد يؤدي إلى اشتعال النيران في البطارية وفشلها."

بالنسبة للدراسة ، استكشف المؤلف المشارك زياو يو طالب الدراسات العليا في الكيمياء وزملاؤه ما إذا كان بإمكانهم معالجة قضايا الاستقرار باستخدام محلول سائل شائع متاح تجاريًا.

وقال يو "افترضنا أن إضافة ذرات الفلور إلى جزيء الالكتروليت سيجعل السائل أكثر استقرارًا الفلور هو عنصر يستخدم على نطاق واسع في الإلكتروليت لبطاريات الليثيوم. استخدمنا قدرته على جذب الإلكترونات لإنشاء جزيء جديد يسمح لأنود الليثيوم أن يعمل بشكل جيد في الإلكتروليت."

وكانت النتيجة مركبًا اصطناعيًا جديدًا ، اختصارًا FDMB ، يمكن إنتاجه بسهولة بكميات كبيرة.

وقال باو: "تصميمات الإلكتروليت تزداد غرابة". "لقد أظهر البعض اقتراحات جيده ولكن إنتاجه مكلف للغاية. جزيء FDMB الذي توصل إليه تشياو سهل الصنع بكميات كبيرة ورخيصة جدًا."

اختبر فريق ستانفورد الالكتروليت الجديد في بطارية معدن الليثيوم.

كانت النتائج مثيرة. احتفظت البطارية التجريبية بنسبة 90 في المائة من شحنتها الأولية بعد 420 دورة من الشحن والتفريغ. في المختبرات ، تتوقف بطاريات الليثيوم المعدنية النموذجية عن العمل بعد حوالي 30 دورة.

قام الباحثون أيضًا بقياس مدى كفاءة نقل أيونات الليثيوم بين الأنود والكاثود أثناء الشحن والتفريغ ، وهي خاصية تعرف باسم "كفاءة كولوم".

إذا قمت بشحن 1000 أيون من الليثيوم ، فكم عددًا تسترده بعد خروجك؟ من الناحية المثالية ، تريد 1000 من 1000 من أجل كفاءة كولوم بنسبة 100 في المائة. لتكون خلية تجارية قابلة للتطبيق ، تحتاج خلية البطارية إلى كفاءة كولوم بنسبة 99.9 في المائة على الأقل. في دراستنا حصلنا على 99.52 في المائة في نصف الخلايا و 99.98 في المائة في خلايا ممتلئة ، أداء مذهل .

قال هانسين وانغ ، المؤلف المشارك المشارك في الدراسات العليا في علوم وهندسة المواد: "الفكرة هي استخدام الليثيوم فقط في جانب الكاثود لتقليل الوزن". "كانت البطارية الخالية من الأنود تعمل 100 دورة قبل أن تنخفض طاقتها إلى 80 في المائة - ليست جيدة مثل بطارية ليثيوم أيون مكافئة ، والتي يمكن أن تستمر من 500 إلى 1000 دورة ، ولكنها لا تزال واحدة من أفضل الخلايا الخالية من الأنود. "

تمول وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) مجموعة بحثية كبيرة تسمى Battery500 لجعل بطاريات معدن الليثيوم قابلة للحياة ، مما سيسمح لشركات تصنيع السيارات ببناء مركبات كهربائية أخف يمكنها أن تقطع مسافات أطول بكثير بين الشحنات.

تهدف Battery500 إلى زيادة كمية الكهرباء التي يمكن أن توفرها بطارية الليثيوم المعدنية بثلاثة أضعاف تقريبًا ، من حوالي 180 وات في الساعة لكل كيلوغرام عندما بدأ البرنامج في عام 2016 إلى 500 وات في الساعة لكل كيلوغرام.

وقال كوي "إن البطارية الخالية من الأنود في مختبرنا حققت طاقة محددة تبلغ 325 واط / ساعة لكل كيلوغرام ، وهو رقم محترم". "قد تكون خطوتنا التالية هي العمل بشكل تعاوني مع باحثين آخرين في Battery500 لبناء خلايا تقترب من الهدف وهو 500 واط / ساعة لكل كيلوغرام."

بالإضافة إلى دورة حياة أطول واستقرار أفضل ، فإن إلكتروليت FDMB أيضًا أقل قابلية للاشتعال من الإلكتروليتات التقليدية.

وأضاف باو: "تقدم دراستنا بشكل أساسي مبدأ تصميم يمكن للناس التقدم إليه للحصول على شوارد أفضل". "لقد عرضنا للتو مثالاً واحداً ، ولكن هناك العديد من الاحتمالات الأخرى

المصدر :

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200622133016.htm?fbclid=IwAR3whytps-OPwJrvX2wjLCt7DrCADpcFZ3jqH3VtSVahEOQOzzzgvr6A-24