منوعات

كاثودات بطارية ليثيوم أيون فعالة من حيث التكلفة وعالية السعة وصديقة للدورة

يمكن تعزيز دورة شحن وإعادة شحن أكسيد الحديد الغني بالليثيوم، وهو كاثود فعال من حيث التكلفة وعالي السعة لبطاريات الليثيوم أيون من الجيل التالي، بشكل كبير عن طريق التطعيم بالعناصر المعدنية المتاحة بسهولة.

تم تحسين سعة الطاقة ودورة إعادة الشحن (قابلية التدوير) لأكسيد حديد الليثيوم، وهي مادة كاثود فعالة من حيث التكلفة لبطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن، من خلال إضافة كميات صغيرة من العناصر الوفيرة. تم نشر هذا التطور، الذي أجراه باحثون من جامعة هوكايدو وجامعة توهوكو ومعهد ناغويا للتكنولوجيا، في المجلة رسائل المواد ACS.

أصبحت بطاريات الليثيوم أيون لا غنى عنها في الحياة الحديثة، وتستخدم في العديد من التطبيقات بما في ذلك الهواتف المحمولة والمركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة. ويجري بذل جهد بحثي مستمر لزيادة قدرتها وكفاءتها واستدامتها. ويتمثل التحدي الرئيسي في تقليل الاعتماد على الموارد النادرة والمكلفة. ويتمثل أحد الأساليب في استخدام مواد أكثر كفاءة ومتانة لكاثودات البطارية، حيث تتم عمليات التبادل الإلكتروني الرئيسية.

لقد عمل الباحثون على تحسين أداء الكاثودات بناءً على مركب معين من أكسيد الحديد الليثيوم. وفي عام 2023، أعلنوا عن مادة كاثودية واعدة، تدعى Li5الحديد O4والذي يُظهر قدرة كبيرة على الاستفادة من تفاعلات الأكسدة والاختزال للحديد والأكسجين. ومع ذلك، واجه تطويره مشاكل تتعلق بإنتاج الأكسجين أثناء دورات إعادة الشحن.

“لقد اكتشفنا الآن أنه يمكن تحسين قابلية التدوير بشكل كبير عن طريق تطعيم كميات صغيرة من العناصر المتوفرة بكثرة مثل الألومنيوم والسيليكون والفوسفور والكبريت في البنية البلورية للكاثود”، يوضح البروفيسور المشارك هيرواكي كوباياشي من قسم الكيمياء، كلية الهندسة. العلوم، جامعة هوكايدو.

تبين أن الجانب الكيميائي الحاسم للتعزيز هو تكوين روابط “تساهمية” قوية بين ذرات المنشط وذرات الأكسجين داخل الهيكل. تعمل هذه الروابط على ربط الذرات معًا عند مشاركة الإلكترونات بين الذرات، بدلاً من التفاعل “الأيوني” بين الأيونات الموجبة والسالبة الشحنة.

يشرح كوباياشي: “إن الرابطة التساهمية بين ذرات الأكسجين وذرات الأكسجين تجعل إطلاق الأكسجين الإشكالي أقل ملاءمة للطاقة، وبالتالي أقل احتمالية لحدوثه”.

واستخدم الباحثون تحليل امتصاص الأشعة السينية والحسابات النظرية لاستكشاف التفاصيل الدقيقة للتغيرات في بنية مادة الكاثود الناجمة عن إدخال عناصر المنشطات المختلفة. وقد سمح لهم ذلك باقتراح تفسيرات نظرية للتحسينات الملحوظة. كما استخدموا التحليل الكهروكيميائي لقياس التحسينات في سعة الطاقة، والاستقرار، والتدوير بين مرحلتي شحن الكاثود والتفريغ، مما يدل على زيادة في الاحتفاظ بالقدرة من 50% إلى 90%.

ويخلص إلى القول: “سنواصل تطوير هذه المعرفة الجديدة، على أمل تقديم مساهمة كبيرة في التقدم في تكنولوجيا البطاريات التي ستكون حاسمة إذا أردنا أن تحل الطاقة الكهربائية محل استخدام الوقود الأحفوري إلى حد كبير، حيث تتطلب الجهود بذل جهود عالمية لمكافحة تغير المناخ”. كوباياشي. .

سوف تستكشف المرحلة التالية من البحث التحديات والفرص لتوسيع نطاق الأساليب إلى تكنولوجيا جاهزة تجاريًا.

(علامات للترجمة) البطاريات؛ خزانات الوقود؛ الطاقة والموارد؛ الوقود البديل؛ الكيمياء العضوية؛ علم المواد؛ الفيزياء؛ كهرباء

..

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