وجدت طريقة لزيادة قدرة بطاريات الليثيوم أيون بمقدار 10 مرات

تبحث العشرات من مجموعات البحث حول العالم عن خيارات لزيادة قدرة بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير. يعتبر إدخال السيليكون في الهيكل اتجاهًا واعدًا ، لكن هشاشته وهشاشته للمركبات القائمة عليه ومشاكل أخرى لم تسمح بذلك لفترة طويلة.

لكن يبدو أن العلماء في اليابان قد تمكنوا من إيجاد حل لمشكلة السيليكون. لقد توصلوا إلى تصميم جديد للأنود ، مصنوع من أقواس السيليكون بحجم النانو ، والتي توفر القوة والمتانة اللازمتين.

بطاريات الليثيوم أيون الحديثة وعيوبها

لذا ، لتبدأ ، فقط بضع كلمات حول كيفية عمل بطاريات الليثيوم أيون. لذا ، كما تعلم ، تتكون البطارية من زوج من الأقطاب الكهربائية (الكاثود والأنود) ومحلول إلكتروليتي. لذا فإن المهمة الرئيسية للإلكتروليت هي نقل أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود ، والذي يتكون للتو من الجرافيت.

لذلك ، أثناء شحن البطارية ، تتحرك أيونات الليثيوم على طول مسار القطب السالب لمحلول القطب السالب. في عملية التفريغ ، تحدث حركة الأيونات في الاتجاه المعاكس.

لقد أثبت هذا التصميم نفسه جيدًا وعمل لأكثر من اثني عشر عامًا. لكن العيب الرئيسي لهذا التصميم المصحح بالكامل يكمن في حقيقة أنه يجب استخدام ست ذرات كربون مرة واحدة في أنود الجرافيت لتخزين أيون ليثيوم واحد. لهذا السبب ، تتمتع هذه البطاريات بكثافة طاقة منخفضة.

السيليكون وتطبيقاته

ومع ذلك ، إذا نظرنا إلى مادة مثل السيليكون ، فإن إحدى ذراتها قادرة على الارتباط بأربعة أيونات ليثيوم في وقت واحد ، مما يعطي زيادة في كثافة الطاقة بمقدار 10 أضعاف تقريبًا. يبدو أن كل شيء على ما يرام ، لكن العلماء ما زالوا غير قادرين على تثبيت السيليكون.

نظرًا لأنه عرضة للتوسع الكبير (حتى 400 ٪ من الحجم الأصلي) ، فإن الانقباضات و كسر أثناء تشغيل البطارية ، ثم كل هذه الآثار التشوهية دمرت أنودات السيليكون سريع كفاية.

اقترح فريق بحثي من معهد أوكيناوا لتكنولوجيا الخريجين والتكنولوجيا (OSIT) حلاً لمشكلة تثبيت أنود السيليكون. أجرى المهندسون مجموعة كاملة من التجارب مع طبقات من السليكون مختلفة السماكة بحثًا عن وسط ذهبي ، يتم فيه استيفاء شروط كثافة الطاقة العالية واستقرار البطارية.

وجد العلماء أنه مع زيادة طبقة السيليكون ، يحدث أولاً زيادة في الصلابة ، وبعد نقطة معينة ، يحدث انخفاض حاد. تقرر دراسة سبب هذا الانتقال بمزيد من التفصيل ، وهذا ما تمكن العلماء من إثباته.

اتضح أنه عندما يتم ترسيب السيليكون على جسيمات نانوية معدنية ، تبدأ أعمدة صغيرة على شكل مخاريط مقلوبة في التكون ، وتزداد ثخانة باتجاه الأعلى.

اتضح أنه مع ترسب عدد متزايد من ذرات السيليكون وبالتالي نمو الأعمدة ، فإنها تصبح واسعة جدًا لدرجة أنها تلامس بعضها البعض ، وبالتالي تشكل بنية مقوسة من نانومتر مقياس.

مثل هذا الهيكل قوي جدًا ويستخدمه البشر في البناء. واتضح أنه قبل تشكيل هذه الأقواس النانوية ، كان الهيكل ضعيفًا نوعًا ما ، ونموها الأكبر يخلق بنية إسفنجية بها ثقوب ، وهو أمر غير فعال.

وفقط في لحظة تكوين هذه الأقواس ، يتم إنشاء توازن ، مما يجعل من الممكن توفير سعة شحن متزايدة وقادر على تحمل عدد كبير من دورات الشحن / التفريغ.

لم يُعرف بعد متى سيتم طرح بطاريات الليثيوم أيون الجديدة ذات الأنود السليكوني للبيع ، ولكن حقيقة أن هذا الاتجاه واعد يمكن التعرف عليه بالفعل في هذه المرحلة.

هل أعجبتك المادة؟ ثم ارفع إصبعك واشترك في القناة. شكرا لكم على اهتمامكم!