منوعات

اكتشاف مواد جديدة لبطاريات ليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة الآمنة والفعالة

بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة (Li-ion) ذات الإلكتروليتات الصلبة غير قابلة للاشتعال ولها كثافة طاقة ومؤشرات نقل أعلى من تلك التي تحتوي على إلكتروليتات سائلة. ومن المتوقع أن تحصل هذه الشركات على حصة سوقية من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية المملوءة بالسوائل، مثل تلك الموجودة في السيارات الكهربائية. ومع ذلك، على الرغم من هذه المزايا، فإن الإلكتروليتات الصلبة لديها موصلية أقل لأيون الليثيوم وتطرح مشاكل في تحقيق الاتصال المناسب بين القطب والإلكتروليت الصلب. على الرغم من أن إلكتروليتات الكبريتيد الصلبة موصلة، إلا أنها تتفاعل مع الرطوبة لتكوين ثاني كبريتيد الهيدروجين السام. لذلك، هناك حاجة إلى إلكتروليتات صلبة خالية من الكبريتيد تكون موصلة ومستقرة في الهواء لصنع بطاريات ليثيوم أيون صلبة آمنة وعالية الأداء وسريعة الشحن.

في دراسة حديثة نشرت في مجلة كيمياء المواد بتاريخ 28 مارس 2024، اكتشف فريق بحث بقيادة البروفيسور كينجيرو فوجيموتو، والبروفيسور أكيهيسا إيمي من جامعة طوكيو للعلوم والدكتور شوهي يوشيدا من شركة دينسو، موصلًا مستقرًا وعالي التوصيل للكهرباء. أيون. على شكل أوكسي فلوريد من نوع البيروكلور.

وفقًا للبروفيسور فوجيموتو، “إن صنع بطاريات ليثيوم أيون الثانوية ذات الحالة الصلبة بالكامل هو حلم طويل الأمد للعديد من الباحثين في مجال البطاريات. لقد اكتشفنا إلكتروليت الأكسيد الصلب الذي يعد مكونًا أساسيًا في أيونات الليثيوم الصلبة بالكامل. البطاريات الأيونية، التي تتميز بكثافة طاقة عالية وأمان. بالإضافة إلى كونها مستقرة في الهواء، فإن المادة تظهر موصلية أيونية أعلى من إلكتروليتات الأكسيد الصلب التي تم الإبلاغ عنها سابقًا.

يمكن الإشارة إلى نوع البيروكلور أوكسي فلوريد الذي تمت دراسته في هذا العمل بـ Li2-سهناك(1+س)/3م2أوه6F (M = ملحوظة، تا). خضع للتحليل الهيكلي والتركيبي باستخدام تقنيات مختلفة بما في ذلك حيود الأشعة السينية، وتحليل ريتفيلد، ومطياف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا، وحيود الإلكترون المختار. على وجه التحديد، تمت زراعة Li1.25La0.58Nb2O6F، مما يدل على موصلية أيونية إجمالية تبلغ 7.0 مللي سيلز سم ⁻¹ وموصلية أيونية إجمالية تبلغ 3.9 مللي سي سم ⁻¹ في درجة حرارة الغرفة. وقد وجد أنه متفوق على موصلية أيونات الليثيوم الموجودة في إلكتروليتات الأكسيد الصلبة المعروفة. طاقة تنشيط التوصيل الأيوني لهذه المادة منخفضة للغاية، وتعد الموصلية الأيونية لهذه المادة عند درجات الحرارة المنخفضة واحدة من أعلى المعدلات بين الشوارد الصلبة المعروفة، بما في ذلك مواد الكبريتيد.

بالضبط، حتى عند -10 درجة مئوية، تتمتع المادة الجديدة بنفس الموصلية مثل الشوارد الصلبة التقليدية القائمة على الأكسيد في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأنه تم أيضًا التحقق من الموصلية فوق 100 درجة مئوية، فإن نطاق تشغيل هذا المنحل بالكهرباء الصلب هو -10 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية. لا يمكن استخدام بطاريات الليثيوم أيون التقليدية في درجات حرارة تحت الصفر. لذلك، تتراوح ظروف تشغيل بطاريات الليثيوم أيون للهواتف المحمولة شائعة الاستخدام من 0 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية.

تمت دراسة آلية توصيل أيون الليثيوم في هذه المادة. يغطي مسار التوصيل للبنية الشبيهة بالبيروكلور أيونات F الموجودة في الأنفاق التي أنشأها MO6 المثمنات. آلية التوصيل هي الحركة المتسلسلة لأيونات الليثيوم أثناء تغيير الروابط مع أيونات F. تتحرك أيونات الليثيوم إلى أقرب موضع Li، وتمر دائمًا عبر مواقع شبه مستقرة. غير متحرك3+ منضم إلى F ion يمنع توصيل Li-ion عن طريق منع مسار التوصيل والتسبب في اختفاء المواضع شبه المستقرة المحيطة.

على عكس بطاريات الليثيوم أيون الثانوية الموجودة، فإن جميع البطاريات المعتمدة على الأكسيد ليس لديها خطر تسرب الإلكتروليت بسبب التلف ولا يوجد خطر توليد غازات سامة كما هو الحال مع البطاريات القائمة على الكبريتيد. ولذلك، فإن هذا الابتكار الجديد يجب أن يوجه الأبحاث المستقبلية. “إن المادة المكتشفة حديثًا آمنة وتظهر موصلية أيونية أعلى من إلكتروليتات الأكسيد الصلب التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. ويُظهر تطبيق هذه المادة وعدًا بتطوير بطاريات ثورية قادرة على العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة، من الأقل إلى الأعلى.” يتصور البروفيسور فوجيموتو. “نحن نعتقد أنه تم استيفاء متطلبات الأداء لتطبيق الإلكتروليتات الصلبة للسيارات الكهربائية.”

تتميز المادة الجديدة بأنها مستقرة جدًا ولن تشتعل فيها النيران في حالة تلفها. إنها مناسبة للطائرات والأماكن الأخرى حيث السلامة ضرورية. كما أنه مناسب للتطبيقات ذات السعة العالية، مثل السيارات الكهربائية، لأنه يمكن استخدامه في درجات حرارة عالية ويسمح بالشحن السريع. علاوة على ذلك، فهي أيضًا مادة واعدة لتصغير البطاريات والأجهزة المنزلية والأجهزة الطبية.

باختصار، لم يكتشف الباحثون موصل ليثيوم أيون ذو موصلية عالية وثبات في الهواء فحسب، بل قدموا أيضًا نوعًا جديدًا من الموصلات فائقة التأين مع أوكسي فلوريد الشبيه بالبيروكلور. إن استكشاف البنية المحلية حول الليثيوم، وتغيراته الديناميكية أثناء التوصيل، وإمكاناته كإلكتروليتات صلبة لجميع بطاريات الحالة الصلبة هي مجالات مهمة للبحث المستقبلي!

(علامات للترجمة) البطاريات؛ سبينترونيكس. الوقود البديل؛ علم المواد؛ مركبات؛ الاتصالات السلكية واللاسلكية. الكيمياء العضوية؛ زيت

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى