إختراع بطارية ليثيوم جديدة ذات كثافة طاقة عالية تجعل هاتفك يعمل لمدة أطول - عالم التدوين

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون واحدة من أهم تقنيات تخزين الطاقة. مع زيادة كثافة الطاقة في البطاريات ، تصبح سلامة البطارية أكثر أهمية إذا تم إطلاق الطاقة دون قصد. تحدث الحوادث المتعلقة بحرائق وانفجارات بشكل متكرر في جميع أنحاء العالم.

تسبب بعضها في تهديدات خطيرة لحياة الإنسان وصحته وأدى إلى عمليات سحب عديدة للمنتج من قبل الشركات المصنعة. تعد هذه الحوادث بمثابة تذكير بأن الأمان هو شرط أساسي للبطاريات ، ويجب حل المشكلات الخطيرة قبل التطبيق المستقبلي لأنظمة البطاريات عالية الطاقة. تهدف هذه المراجعة إلى تلخيص أساسيات أصول مشكلات سلامة  وتسليط الضوء على مستقبل البطاريات و التقدم الرئيسي الأخير في تصميم المواد لتحسين سلامة .

نتوقع أن تلهم هذه المراجعة مزيدًا من التحسين في سلامة البطارية  ذات كثافة الطاقة العالية حيث سيتم التحدث عن إحدى التقنيات المتعلقة في مستقبل البطاريات و بطاريات الليثيوم و أخبار عن أحدث البطاريات التي يتم العمل عليها .

أصبحت بطاريات الليثيوم ، بما في ذلك كل من بطاريات الليثيوم هيدريك والليثيوم أيون ، شائعة للأجهزة الإلكترونية قابلة  لاستهلاكية بسبب وزنها الخفيف وكثافة الطاقة العالية والعمر الطويل نسبيًا. الليثيوم شديد التفاعل ويمكن أن ينفجر في اللهب إذا تعرض للماء ، لكن خلايا الليثيوم الحديثة تستخدم الليثيوم المرتبط كيميائيًا بحيث لا يمكنها التفاعل بسهولة.

كما هو الحال مع النيكل ، هناك عدد من متغيرات خلايا الليثيوم ولكن الأكثر شيوعًا اليوم هو خلية أيونات الليثيوم، تم تصميمها بحيث لا يوجد الليثيوم الحر في أي مرحلة أثناء دورة الشحن أو التفريغ.

بدأ استخدام بطاريات الليثيوم في تطبيقات الشبكة والمرافق ينمو مع اختبار الوحدات في عدد من المواقع.. قد يستفيد التطوير المستقبلي لبطاريات الليثيوم و إطلاق نماذج جديدة من أحدث البطاريات من اهتمام مصنعي السيارات باستخدامها في السيارات الهجينة والكهربائية.

↔

تحل استراتيجية جديدة للمعالجة المسبقة قضية قديمة من مواد أنود السليكون. تتيح هذه الاستراتيجية القائمة على الحل معالجة بسيطة وآمنة للإنتاج على نطاق واسع.

طور فريق من الباحثين الكوريين تكنولوجيا معالجة لزيادة كثافة الطاقة إلى أقصى حد للبطاريات عالية السعة.

فريق البحث المشترك ، الذي يتكون من الدكتور لي ، مينا من مركز أبحاث تخزين الطاقة والدكتور هونغ ، من مركز أبحاث مواد الطاقة ، على حد سواء من معهد الطاقة النظيفة ، المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) أعلنت عن تطوير تقنية توفر حلاً بسيطًا لمشكلة مستمرة مرتبطة بمواد الأنود السليكون (-).

في الآونة الأخيرة ، اكتسبت مواد الأنود السليكون القادرة على تخزين أيونات الليثيوم أكثر أربع مرات من مواد الأنود الجرافيت في بطاريات أيونات الليثيوم اهتمامًا متزايدًا نظرًا لقدرتها على تحسين المسافة المقطوعة للمركبات الكهربائية. 

ولكن عند الشحن في الدورة الأولية، تفقد البطارية ذات الأنود القائم على السيليكون أكثر من 20٪ من أيونات الليثيوم التي تستخدمها لتخزين الكهرباء ، مما يؤدي إلى مشكلة انخفاض سعة البطارية. لحل هذه المشكلة ، تمت دراسة طريقة "التحميل المسبق لليثيوم" أو "ما قبل الليثيوم" ، والتي تضيف الليثيوم الإضافي قبل تجميع البطارية لتعويض فقد الليثيوم أثناء تدوير البطارية.

الطرق التي تم تطبيقها حتى الآن مثل استخدام مسحوق الليثيوم لها عيوب فيما يتعلق بمخاطر السلامة والتكلفة العالية.

طور الدكتور لي والدكتور هونغ من KIST تقنية تمكن من التحميل المسبق لأيونات الليثيوم باستخدام محلول يحتوي على الليثيوم بدلاً من مسحوق الليثيوم، لمنع فقدان الليثيوم في أنود قائم على السيليكون.

يكفي غمر قطب كهربائي في المحلول المخصص لمدة خمس دقائق فقط لتحقيق تحميل مسبق ناجح لليثيوم ، يتم من خلاله إدخال الإلكترونات وأيونات الليثيوم في الأنود القائم على السيليكون من خلال تفاعل كيميائي عفوي. 

ما جعل هذه العملية البسيطة ممكنة هو أنه بخلاف الطريقة التقليدية لإضافة مسحوق الليثيوم إلى قطب كهربائي يؤدي إلى توزيع الليثيوم غير المتجانس، فإن حل التخصيص المصمم يتسرب بسرعة إلى قطب لضمان توصيل متجانس لليثيوم إلى أكسيد السيليكون.

يفقد الأنود المعتمد على السيليكون والمطور بواسطة فريق البحث أقل من 1٪ من الليثيوم النشط في الشحنة الأولى، مما ينتج عنه كفاءة بطارية أولية عالية بنسبة 99٪ أو أعلى. 

أظهرت بطارية مُصنَّعة بالأنود المسبق كثافة طاقة أعلى بنسبة 25٪ من بطارية مماثلة باستخدام أنود جرافيت متوفر في السوق (406 واط / كجم؟ 504 واط / كجم).

علق الدكتور لي ، الذي ترأس البحث ، بقوله: "من خلال دمج تقنية علم المواد الحسابية في تصميم بنية جزيئية مثالية ، تمكنا من تحسين كفاءة أنود عالي السليكون قائم على السليكون عن طريق قفزات وربط مع طريقة بسيطة للتحكم فقط في درجة حرارة المحلول ووقت التفاعل. نظرًا لأن هذه التقنية قابلة للتطبيق بسهولة على عملية ** التشغيل المباشر للفة المستخدمة في منشآت تصنيع البطاريات الحالية ، فإن طريقتنا لديها إمكانية لتحقيق اختراق في تنفيذ الأنودات السليكونية للبطاريات العملية. 

قال باحث مشارك الدكتور هونغ ، "يمكن تحقيق هذا العمل التعاوني لأن المعهد يشجع البحث المشترك بين أعضاء من فرق بحثية مختلفة". وأضاف: يمكن لهذه التقنية المسبقة أن تزيد من عدد الأميال للمركبات الكهربائية بحد أدنى 100 كيلومتر في المتوسط.

بعض ما تم التطرق إليه في الموضوع:

مستقبل البطاريات, أحدث البطاريات, بطاريات الليثيوم, أحدث البطاريات, بطاريات الطاقة الشمسية, استخدام المكثف كبطارية, بطاريات الجرافين, أنواع البطاريات السيارات, بطاريات الليثيوم انواع البطاريات للطاقة الشمسية.