سعياً وراء بطاريات توفر المزيد من الطاقة وتعمل بأمان أكبر ، يعمل الباحثون على استبدال السوائل المستخدمة بشكل شائع في بطاريات أيون الليثيوم اليوم بمواد صلبة. الآن ، طور فريق بحثي من جامعة براون وجامعة ماريلاند مادة جديدة لاستخدامها في بطاريات الحالة الصلبة مشتقة من مصدر غير متوقع: الأشجار.
قال Liangbing Hu ، الأستاذ في قسم علوم وهندسة المواد بجامعة ميريلاند: "من خلال دمج النحاس مع ألياف نانوية من السليلوز أحادية البعد ، أثبتنا أن السليلوز العازل للأيونات عادةً يوفر نقلًا أسرع لليثيوم أيون داخل سلاسل البوليمر". . "في الواقع ، وجدنا أن هذا الموصل الأيوني حقق رقمًا قياسيًا في التوصيل الأيوني بين جميع إلكتروليتات البوليمر الصلبة."
بطاريات أيون الليثيوم اليوم ، والتي تستخدم على نطاق واسع في كل شيء من الهواتف المحمولة إلى السيارات ، تحتوي على إلكتروليتات مصنوعة من ملح الليثيوم المذاب في مذيب عضوي سائل. وظيفة المنحل بالكهرباء هي توصيل أيونات الليثيوم بين كاثود البطارية والأنود. تعمل الإلكتروليتات السائلة بشكل جيد ، ولكن لها بعض الجوانب السلبية. في التيارات العالية ، يمكن أن تتشكل خيوط دقيقة من معدن الليثيوم ، تسمى التشعبات ، في المنحل بالكهرباء مما يؤدي إلى دوائر قصيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإلكتروليتات السائلة مصنوعة من مواد كيميائية سامة وقابلة للاشتعال ، والتي يمكن أن تشتعل فيها النيران.
الشوارد الصلبة لديها القدرة على منع اختراق التغصنات ويمكن أن تكون مصنوعة من مواد غير قابلة للاشتعال. معظم الإلكتروليتات الصلبة التي تم فحصها حتى الآن هي مواد خزفية ، والتي تعتبر رائعة في توصيل الأيونات ولكنها أيضًا سميكة وصلبة وهشة. يمكن أن تؤدي الضغوط أثناء التصنيع وكذلك الشحن والتفريغ إلى حدوث تشققات وانكسارات.
ومع ذلك ، فإن المادة التي تم تقديمها في هذه الدراسة رقيقة ومرنة ، مثل ورقة تقريبًا. وموصلية الأيونات لها على قدم المساواة مع السيراميك.
بطاريات أيون الليثيوم اليوم ، والتي تستخدم على نطاق واسع في كل شيء من الهواتف المحمولة إلى السيارات ، تحتوي على إلكتروليتات مصنوعة من ملح الليثيوم المذاب في مذيب عضوي سائل. وظيفة المنحل بالكهرباء هي توصيل أيونات الليثيوم بين كاثود البطارية والأنود. تعمل الإلكتروليتات السائلة بشكل جيد ، ولكن لها بعض الجوانب السلبية. في التيارات العالية ، يمكن أن تتشكل خيوط دقيقة من معدن الليثيوم ، تسمى التشعبات ، في المنحل بالكهرباء مما يؤدي إلى دوائر قصيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإلكتروليتات السائلة مصنوعة من مواد كيميائية سامة وقابلة للاشتعال ، والتي يمكن أن تشتعل فيها النيران.
بالإضافة إلى العمل كإلكتروليت صلب ، يمكن أن تعمل المادة الجديدة من الخشب أيضًا كموثق كاثود لبطارية الحالة الصلبة. من أجل مطابقة قدرة الأنودات ، يجب أن تكون الكاثودات أكثر سمكًا إلى حد كبير. ومع ذلك ، يمكن أن تؤثر هذه السماكة على التوصيل الأيوني ، مما يقلل الكفاءة. لكي تعمل الكاثودات السميكة ، يجب تغليفها في مادة رابطة موصلة للأيونات. باستخدام مادتهم الجديدة كمواد رابطة ، أظهر الفريق ما يعتقدون أنه واحد من أثخن الكاثودات الوظيفية التي تم الإبلاغ عنها على الإطلاق.
يأمل الباحثون أن تكون المادة الجديدة خطوة نحو إدخال تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة إلى السوق الشامل.
source http://www.igli5.com/2021/10/blog-post_919.html
ليست هناك تعليقات