سولارابيك –كوريا–23 أكتوبر 2024: في خطوة مهمة نحو تطوير بطاريات أكثر أمانًا وكفاءة، اكتشف فريق من الباحثين الكوريين مادة جديدة واعدة لمصعد بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة. هذه البطاريات، التي تستبدل الكهرليت السائل القابل للاشتعال بكهرليت صلب، تَعد بتقليل مخاطر الحرائق والانفجار إلا أنها بسبب طبيعتها الصلبة تتطلب تكنولوجيا متقدمة للغاية من أجل ضمان الاستقرار الكهروكيميائي الميكانيكي أثناء عمليات الشحن والتفريغ.
إن المادة الجديدة، هي عبارة عن سبيكة أساسها من القصدير “FeSn2” وقد تفوقت على المواد المستخدمة حاليًا مثل الليثيوم المعدني والسيليكون. لما تتميز به هذه السبيكة بمرونة عالية ومقاومة للتشقق، مما يجعلها قادرة على تحمل دورات الشحن والتفريغ المتكررة دون أن يتدهور أدائها.
حول الدراسة
أجرى البحث معهد أبحاث التكنولوجيا الكهربائية الكوري “KERI” بالتعاون مع معهد كوموه الوطني للتكنولوجيا وجامعة إينها. وقد نشرت هذه الدرسة في مجلة “Joule”.
وفي التفاصيل:
اقترح فريق الباحثين مواداً لمصعد بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة عبارة عن سبائك تعتمد على القصدير “Sn” وتحديداً القصدير مع الحديد “FeSn2”. والذي أظهر خلال البحث سمة من سمات تقليل حجم الجسيمات بسبب تفاعلات إعادة التركيب أثناء الشحن والتفريغ المتكرر.
وقد أكد هذا أنه في بطاريات الحالة الصلبة يتم الحفاظ على الاتصال بين الجسيمات الصلبة الداخلية لفترة طويلة من الزمن مما يؤدي إلى قطب كهربائي كثيف وموحد. كما أن “FeSn2” يُظهر مرونة عالية عند وجود محفزات خارجية مما يضمن استقراراً كهروكيميائياً جيداً دون تشققات.
يعود السبب في إجراء البحث على مواد مصعد البطاريات هو أن المصعد يؤثر بشكل كبير على معدل الشحن وعمر البطارية، لذلك فإن اختيار المادة مهم للغاية. في الوقت الحالي يعد معدن الليثيوم مادة المصعد المادة الأكثر بحثاً على نطاق واسع للبطاريات ذات الحالة الصلبة. ومع ذلك فإنه عند استخدام الليثيوم المعدني قد تنمو شجيرات على السطح نتيجة للشحن والتفريغ المتكرر ويمكن أن تؤدي هذه الظاهرة إلى حدوث ماس كهربائي داخلي مما يهدد عمر البطارية واستقرارها.
بالإضافة إلى الليثيوم المعدني تتوفر أيضاَ مواد مصعد من السليكون إلا أنها تواجه العديد من التحديات بما في ذلك الموصلية الإلكترونية والأيونية المنخفضة فضلاً عن الشقوق الناجمة عن التمدد الحجمي.
نتائج استخدام FeSn2 في مصعد بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة
طور الباحثون خلية بطارية ذات حالة صلبة للتحقق من صحة تقنية استخدام مصعد من “FeSn2” ومهبط من مزيج النيكل 6 والكوبالت 2 والمنغنيز 2 “NCM622”. بالإضافة إلى كهرليت صلب من “Li6PS5Cl”. وقد أظهرت الاختبارات المخبرية أن البطاريات التي تستخدم مصعداً من سبيكة القصدير تتمتع بكثافة طاقة أعلى بكثير من البطاريات التقليدية. مما يفتح الباب أمام استخدام هذه البطاريات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من السيارات الكهربائية ووصولًا إلى الأجهزة الإلكترونية المحمولة.
كانت نتائج الاختبار على الشكل التالي:
- تحقيق سعة مساحة قدرها 15.54 ميللي أمبير /سم مربع وهو ما يزيد بخمس مرات عن سعة بطارية الليثيوم أيون التقليدية.
- تحقيق احتفاظ بالسعة بنسبة تزيد عن 70-80% إذ أجرى الباحثون اختبارات شحن وتفريغ عالية السرعة لأكثر من 1000 دورة في ظل ظروف مدتها 3 دقائق (كثافة تيار 20C) و6 دقائق (كثافة التيار 10C)
- تسجيل كثافة طاقة عالية تزيد عن 255 واط/كغ مما يدل على إمكانياتها التجارية إذ قيم الفريق أداء مصعد “FeSn2″ في بطاريات الحالة الصلبة من خلال تطبيقه على نموذج أولي لشكل خلية الجيب ” pouch cell format”
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: techxplore
