بسبب التحديات التي يواجهها أيون الليثيوم، تحول بعض التركيز البحثي إلى بديل مثير للاهتمام يعرف باسم بطاريات الأيونات المزدوجة (DIBs). ويأتي التحدي من السيارات الكهربائية، التي تعمل بالطاقة الكهربائية المخزنة، حيث يكمن المفتاح في البطاريات القابلة لإعادة الشحن القادرة على تحمل دورات شحن متعددة.

حققت جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) تقدمًا مؤخرًا، حيث قام فريق بحث تعاوني بمعالجة مشكلات متانة البطاريات ثنائية الأيونات من خلال أبحاث مبتكرة لرابط / غلاف من البوليمر. تم نشر نتائج البحث من الدراسة في مجلة أدفانسد ماتريالز (Advanced Materials).

تستخدم بطاريات الأيونات المزدوجة كلًا من كاتيونات الليثيوم والأنيونات المضادة في وقت واحد، مما يوفر كثافة طاقة عالية تشبه البطاريات التقليدية. وهذا يسمح لها بتخزين كمية كبيرة من الطاقة. ومع ذلك، فإنها تواجه عقبة بسبب الأنيونات الأكبر حجمًا، مما يتسبب في تمدد وانكماش مادة الأنود الجرافيت أثناء الشحن والتفريغ، وبالتالي يؤدي إلى انخفاض متانة البطارية.

يلعب الرابط / الغلاف دورًا حاسمًا في تأمين المواد الكيميائية المختلفة داخل البطاريات القابلة لإعادة الشحن. في هذه الدراسة، قدم فريق البحث رابطًا بوليمريًا جديدًا يشتمل على مجموعات أزيد (-N3) ومجموعات أكريليت (C3H3O2).

تشكل مجموعات الأزيد رابطة تساهمية قوية مع الجرافيت من خلال تفاعل كيميائي يسهله الضوء فوق البنفسجي، مما يضمن السلامة الهيكلية للجرافيت أثناء تمدده وانكماشه. وفي الوقت نفسه، تسهل مجموعات الأكريليت إعادة الاتصال بين الجرافيت والمادة الرابطة، حتى لو تعطلت الرابطة.

وأظهرت النتائج التجريبية أن البطاريات ثنائية الأيونات المجهزة بالمواد الرابطة المطورة حديثًا حافظت على أداء استثنائي، حتى بعد تحمل أكثر من 3500 دورة شحن. وأظهرت هذه البطاريات أيضًا قدرات شحن سريعة، حيث تمت استعادة حوالي 88% من السعة الأصلية خلال دقيقتين فقط.

وأوضح البروفيسور سوجين بارك رائد البحث أن “بطاريات الأيونات المزدوجة ليست فعالة من حيث التكلفة فحسب، بل إنها تستفيد أيضًا من موارد الجرافيت الوفيرة على الأرض. ومن شأن هذا البحث أن يحفز المزيد من الاستكشاف للبطاريات ثنائية الأيونات، ويمتد إلى ما هو أبعد من السيارات الكهربائية ليشمل تطبيقات أخرى مختلفة”.

***

يعد هذا البحث إنجازًا مذهلًا. من حسن الحظ أن معظم تركيبات بطاريات الليثيوم أيون تكون مفيدة في أقل من 500 دورة شحن. والقفز إلى مستوى 3500 سيكون أمرًا مثيرًا، كما سيكون بمثابة نقلة اقتصادية أيضًا.

من المحتمل جدًا أن تشهد هذه التقنية نماذج أولية وبعض تجارب التطبيقات في العالم الحقيقي. ثم هناك احتمال كبير أن يؤدي إجراء المزيد من الأبحاث إلى زيادة رقم دورة إعادة الشحن.

اقرأ أيضًا ايه إم سي تتفوق على التوقعات بسبب باربي وأوبنهايمر

المصدر: أويل برايس