سولارابيك – الولايات المتحدة الأمريكية – مايو 2022: طور باحثون من جامعة «بويز ستيت – Boise State» نهجاً مبتكراً لتصنيع مواد جديدة خاصة بمصعد بطاريات «الليثيوم أيون – Li ion» بالاعتماد على مادة غير متبلورة تدعى أكسيد النيوبيوم «Nb2O5» والتي تتمتع بسعة تخزين عالية تصل إلى 269 ميللي أمبير لكل جرام من المادة بمعدل شحن 20 ميللي أمبير/جرام، وبسعة تخزين 191 ميللي أمبير ساعة\جرام بمعدل شحن مرتفع يبلغ 1 أمبير\جرام.
سبب التوجه لتطوير بطاريات الليثيوم أيون
مع استمرار ارتفاع أسعار الغاز وازدياد الطلب على السيارات الكهربائية وبطاريات «الليثيوم أيون – Li ion» التي تشغلها لا تزال هذه البطاريات باهظة الثمن وبالإضافة لبطىء عملية الشحن، لذلك كان لابد من اكتشاف مواد جديدة للحصول على بطاريات ذات سعة تخزينية عالية ويمكن شحنها بشكلٍ أمن خلال وقتٍ أقصر، لذلك طور فريق الباحثين تقنية جديدة تعمل على بلورة المواد النانوية غير المتبلورة من خلال الحث الكهربائي «electrochemically-induced amorphous-to-crystalline transformation»، حيث يتم تدوير المادة مع الليثيوم لإنشاء ترتيبات بلورية جديدة تُظهر خصائص محسّنة تتجاوز تلك التي يتم إجراؤها عبر الوسائل التقليدية مثل تفاعلات الحالة الصلبة.
دور أكسيد النيوبيوم في بطاريات الليثيوم أيون
تعد أكاسيد المعادن التي اكتشفها الباحثون مثل «أكسيد النيوبيوم الخماسي ـ Nb2O5» ذو البنية النانوية وغير المتبلورة بديلاً للمصعد المصنع من مادة الجرافيت، حيث أنه يقلل من مخاطر ترسيب الليثيوم عند انخفاض فولط البطارية، ففي بطاريات «الليثيوم أيون – Li ion» ذات مصعد الجرافيت تصعب عملية الشحن بسرعة بسبب وجود خطر نشوب حريق وانفجارات ناتجة عملية ترسيب الليثيوم حول المصعد أثناء عملية الشحن.
يرجع معدل الأداء الاستثنائي للمصعد إلى الهيكل الصخري غير المتبلور الذي يشبه ملح الطعام ولكن مع ذرات ليثيوم ونيوبيوم مرتبطة مع بعضها بطريقة عشوائية
تعليقات الباحثين
تعد بطاريات الليثيوم أيون تكنولوجيا رائدة في سوق البطاريات القابلة لإعادة الشحن ولكن هناك ازدياد في الطلب للحصول على بطاريات عالية السعة وسريعة الشحن فإذا كنا نرغب في شحن مركبة كهربائية ما لمدة 15 دقيقة لتمشي مسافة 200 أو 300 ميل فإننا نحتاج إلى أقطاب كهربائية جديدة للبطارية يمكن شحنها بمعدل سريع جدا دون أن يؤثر ذلك على أدائها
الدكتور بيت بارنر، خريج مختبر مواد الطاقة الكهروكيميائية في شيونغ في مدرسة ميكرون لعلوم وهندسة المواد
إن الجانب الأكثر إثارة في هذا العمل هو اكتشاف نهج جديد لإنشاء أقطاب كهرابئية جديدة لبطاريات الليثيوم أيون، تكمن البراعة في البدء من مادة غير متبلورة وبمجرد تدوير هذه المادة مع الليثيوم سوف يسمح لنا بإنشاء بلورات جديدة مرتبة تظهر خصائص محسنة أفضل من تلك التي تنتج عن تفاعلات الحالة الصلبة
الدكتور واي كلير شونج، أستاذ العلوم وهندسة المواد في جامعة «بويز ستيت – Boise State»
نعتقد أن هذا العمل هو مجرد بداية لطريقة جديدة للتفكير في تركيب المواد وإن هذا النهج الجديد في التنصنيع يفتح طريقا واعدة لإنشاء أكاسيد فلزية غير تقليدية
البروفيسور شاي واي بينج اونج، استاذ الهندسة النانوية في جامعة «كاليفورنيا سان دييغو»
الباحثون
أجرى الدراسة في المختبرات الدكنور واي كلير شونج أستاذ العلوم وهندسة المواد في جامعة «بويز ستيت – Boise State»،شاي واي بينج اونج استاذ الهندسة النانوية في جامعة «كاليفورنيا سان دييغو»، الدكتور سانجك لي، جاستن كونيل، هوا زو، ويوزي ليو من مختبر «أرجون ناشونال ـ Argonne National Laboratory»، البروفيسو بول ديفيس، وبول سيموندز، والدكتور دارين شوارتز من «بويز ستيت – Boise State»،والدكتور ينج دو وزيهوا تشو من the« Pacific Northwest National Laboratory»
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: Boise state university
