طور باحثو جامعة توهوكو مؤخرًا نموذجًا أوليًا لبطارية من معدن الكالسيوم قابلة لإعادة الشحن قادرة على 500 دورة من التفريغ المتكرر للشحن. تمثل الخمسمائة دورة المعيار للاستخدام العملي للبطارية. تم تحقيق هذا الاكتشاف بفضل تطوير جسيمات نانوية من كبريتيد النحاس / كاثود مركب من الكربون وإلكتروليت قائم على الهيدريد.

مع تزايد المبيعات الإجبارية للمركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة، أصبحت الحاجة إلى استكشاف بدائل لبطاريات الليثيوم أيون أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى.

تم الإعلان عن هذا الاكتشاف مؤخرًا في مجلة أدفانسد ساينس (Advanced Science).

يركز التقدم على عنصر الكالسيوم والآن يتم اختبار نموذج أولي. الكالسيوم (Ca) هو خامس أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، والكالسيوم متوفر على نطاق واسع وغير مكلف، وله كثافة طاقة أعلى من بطاريات الليثيوم أيون (LIB). يُعتقد أيضًا أن خصائصه تساعد في تسريع نقل الأيونات وانتشارها في الإلكتروليت ومواد الكاثود، مما يمنحها ميزة على بدائل بطاريات الليثيوم أيون الأخرى مثل المغنيسيوم والزنك.

ولكن لا تزال هناك العديد من العقبات في طريق الجدوى التجارية لبطاريات الكالسيوم المعدنية. وقد ثبت أن الافتقار إلى إلكتروليت فعال وغياب مواد الكاثود ذات قدرات تخزين كافية من الكالسيوم هو حجر العثرة الرئيسي في هذه الطريق.

حقوق الصورة: جامعة توهوكو. للمزيد من الصور والمعلومات يمكنكم الاطلاع على البيان الصحفي وتقرير الدراسة.

تشتمل البطارية على قطب موجب مخزن Ca2 بلاس يحتوي على مركب CuS / C وقطب سالب مطلي بالكالسيوم / تجريد مع إلكتروليت قائم على الهيدريد، Ca (CB11H12) 2 في ثنائي ميثيل الإيثر / رباعي هيدرو الفوران (DME/THF).

في عام 2021، قدم بعض أعضاء مجموعة البحث الحالية حلاً للمشكلة السابقة عندما أدركوا وجود إلكتروليت كالسيوم جديد خالٍ من الفلور يعتمد على مجموعة الهيدروجين (أحادية الكربوران). أظهر المنحل بالكهرباء تحسنًا ملحوظًا في الأداء الكهروكيميائي مثل الموصلية العالية والاستقرار الكهروكيميائي العالي.

قال كازواكي كيسو الأستاذ المساعد في معهد أبحاث المواد بجامعة توهوكو: “بالنسبة لبحثنا الحالي، فقد اختبرنا التشغيل طويل الأمد لبطارية معدنية الكالسيوم مع جسيمات نانوية من كبريتيد النحاس (CuS) ومركب كربوني مركب وإلكتروليت قائم على الهيدريد”.

هناك أيضًا المعدن الطبيعي كبريتيد النحاس الذي له خصائص كهروكيميائية مواتية. يتيح هيكله متعدد الطبقات تخزين مجموعة متنوعة من الكاتيونات مثل الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم. كما أن له سعة نظرية كبيرة تبلغ 560mAh\g أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من مواد الكاثود الحالية لبطاريات الليثيوم أيون.

من خلال الجسيمات النانوية والتركيب بمواد الكربون، تمكن كيسو وزملاؤه من إنشاء كاثود قادر على تخزين كميات كبيرة من أيونات الكالسيوم. عند استخدامها مع المنحل بالكهرباء من نوع الهيدريد، فإنها تنتج بطارية ذات أداء دوران عالي الاستقرار. احتفظ النموذج الأولي للبطارية بنسبة 92% من القدرة على الاحتفاظ بأكثر من 500 دورة بناءً على سعة الدورة العاشرة.

المجموعة واثقة من أن هذا الاكتشاف سيساعد في تقدم البحث في مواد الكاثود للبطاريات القائمة على الكالسيوم. قال كيسو: “تؤكد دراستنا جدوى استخدام أنودات الكالسيوم المعدنية لعمليات طويلة المدى، ونأمل أن تسرع النتائج في تطوير بطاريات الكالسيوم المعدنية”.

عندما يفكر المرء في المواد منخفضة التكلفة، فإن الكالسيوم وأشكاله الطبيعية تتبادر إلى الذهن بسرعة كبيرة. إن الإمكانات النظرية رائعة. واحتمالية أن يعمل هذا الاكتشاف قوية.

قد تجعل البطاريات التي أساسها الكالسيوم من السيارات الكهربائية حقيقة عملية. في الوقت الحالي، يعد التطبيق العملي حقًا مكانًا مناسبًا، وليس كبيرًا بشكل خاص في ذلك. يجب تخفيض الوزن بشكل كبير، وتنخفض التكلفة بمعامل 5 أو أكثر، وخفض وقت الشحن بشكل كبير وتحسين السلامة بحيث يمكن إيقافها في مرآب دون أن تتعثر شركة التأمين.

لذا هذه الأخبار مهمة. إنها تقنية حديثة، ولكن بمرور الوقت ستكون إمكاناتها هائلة وسينمو الطلب على التخزين الكهربائي بالثانية.

اقرأ أيضًا نيفيديا على وشك دخول نادي التريليون دولار

المصدر: أويل برايس