العلماء الصينيون يحققون طفرة في أبحاث بطاريات الليثيوم الصلبة بالكامل

تخيل لو أن بطارية هاتفك الذكي لم تكن أكثر أمانا وأصغر حجما فحسب ، بل استمرت أيضا لفترة أطول بشحنة واحدة - كم سيكون ذلك رائعا! في الآونة الأخيرة ، حقق فريق بحث من معهد تشينغداو للطاقة الحيوية وتكنولوجيا العمليات الحيوية ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، طفرة جديدة في مجال بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة. هذا التقدم يمكن أن يجعل حلم الأجهزة الإلكترونية المصغرة طويلة الأمد حقيقة واقعة. ونشرت النتائج في 31 يوليو في المجلة الأكاديمية الدولية Nature Energy.

عادة ما تقوم بطاريات الليثيوم أيون ، التي تشغل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الإلكترونية الأخرى ، بتخزين الطاقة وإطلاقها باستخدام الشوارد السائلة. الآن ، يستكشف العلماء نوعا جديدا من البطاريات - بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل. على عكس البطاريات التقليدية ، تستخدم هذه البطاريات إلكتروليتات صلبة بدلا من الإلكتروليتات السائلة ، مما يجعلها أكثر أمانا وأقل عرضة للتسرب أو الحرائق.

على الرغم من أن بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة تبدو مثالية ، إلا أنها تواجه العديد من التحديات في التطوير. تكمن المشكلة الرئيسية في صعوبة تحقيق التوافق الكيميائي والفيزيائي المثالي بين المواد المختلفة داخل كاثود البطارية ، مما يؤدي إلى مشاكل بينية مختلفة يمكن أن تؤثر على كثافة الطاقة وعمرها. لمعالجة هذا الأمر ، طور فريق البحث مادة جديدة - مادة الكاثود المتجانسة (ليثيوم تيتانيوم الجرمانيوم الفوسفور الكبريت السيلينيوم ، LTGPSSe).

توفر هذه المادة الجديدة العديد من المزايا مقارنة بالمواد التقليدية:

1. الموصلية العالية: تتميز المادة الجديدة بموصلية أيونية وإلكترونية عالية ، تتجاوز تلك الموجودة في مواد الكاثود التقليدية (مواد كاثود أكسيد الطبقات) بأكثر من 1 مرة. هذا يعني أنه حتى بدون الاعتماد على الإضافات الموصلة ، يمكن للكاثود إكمال عملية تفريغ الشحن بكفاءة ، مما يعزز بشكل كبير الأداء العام للبطارية.

2. قدرة تفريغ عالية: تصل قدرة تفريغ المادة الجديدة إلى 250 مللي أمبير / جم ، متجاوزة مواد الكاثود عالية النيكل المستخدمة حاليا. يتيح ذلك للبطارية تخزين المزيد من الطاقة لنفس الوزن أو الحجم ، مما يطيل وقت التشغيل بين الشحنات وتمكين تصميم أجهزة أكثر إحكاما.

3. تغيير منخفض الحجم: خلال دورات الشحن والتفريغ ، تواجه المادة الجديدة تغيرا في الحجم بنسبة 1.2٪ فقط ، وهو أقل بكثير من 50٪ التي شوهدت في المواد التقليدية (مواد كاثود أكسيد الطبقات). يساعد هذا الحد الأدنى من تغيير الحجم في الحفاظ على الاستقرار الهيكلي ، وبالتالي إطالة عمر البطارية.

4. كثافة طاقة عالية: تصل كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل باستخدام هذه المادة الجديدة إلى 390 واط / كجم ، أي أعلى بمقدار 1.3 مرة من بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة ذات الدورة الطويلة المبلغ عنها حاليا.

5. عمر طويل: يمكن لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة المصنوعة من هذه المواد أن تحقق أكثر من 10 دورة مع دورة حياة طويلة. حتى بعد 000 دورة من الشحن ، تحتفظ البطارية بنسبة 5٪ من سعتها الأولية ، مما يوفر طاقة كافية لفترة أطول.

يقدم هذا البحث دعما تقنيا حاسما لتطوير أجهزة تخزين طاقة عالية الكثافة وطويلة العمر ، وتوفير مصادر طاقة آمنة ودائمة للسيارات الكهربائية وشبكات تخزين الطاقة ومعدات أعماق البحار والفضاء السحيق. كما أنه ينطوي على آثار كبيرة لتطوير أنظمة تخزين الطاقة الجديدة.