Connect with us

Hi, what are you looking for?

it-news.techit-news.tech

technology

تكنولوجيا البطاريات الجديدة 2021

من الصعب تخيل حياتنا اليومية بدون بطاريات الليثيوم أيون. إنها تهيمن على سوق البطاريات الصغيرة للأجهزة الإلكترونية المحمولة وتستخدم أيضًا بشكل شائع في السيارات الكهربائية. في الوقت نفسه ، تواجه بطاريات الليثيوم أيون العديد من المشكلات الخطيرة ، بما في ذلك خطر الحريق المحتمل وفقدان الأداء في درجات الحرارة الباردة والتأثير البيئي الكبير للتخلص من البطاريات المستهلكة.

وفقًا لقائد فريق الباحثين ، الأستاذ في قسم الكيمياء الكهربية بجامعة سان بطرسبرج ، أوليغ ليفين ، فإن الكيميائيين كانوا يستكشفون البوليمرات المحتوية على النيتروكسيل النشط الأكسدة كمواد لتخزين الطاقة الكهروكيميائية. تتميز هذه البوليمرات بكثافة طاقة عالية وسرعة شحن وتفريغ سريع بسبب حركية الأكسدة والاختزال السريعة. يتمثل أحد التحديات التي تواجه تنفيذ مثل هذه التكنولوجيا في عدم كفاية التوصيل الكهربائي. هذا يعيق جمع الشحنة حتى مع المواد المضافة عالية التوصيل ، مثل الكربون.

بحثًا عن حلول للتغلب على هذه المشكلة ، قام باحثون من جامعة سانت بطرسبرغ بتصنيع بوليمر يعتمد على مركب بيع النيكل (NiSalen). تعمل جزيئات البوليمر المعدني هذا كسلك جزيئي ترتبط به قلادات النيتروكسيل كثيفة الاستهلاك للطاقة. تتيح البنية الجزيئية للمادة تحقيق أداء عالي السعة على نطاق واسع من درجات الحرارة.

“توصلنا إلى مفهوم هذه المادة في عام 2016. وفي ذلك الوقت ، بدأنا في تطوير مشروع أساسي” مواد إلكترود لبطاريات الليثيوم أيون على أساس البوليمرات الفلزية العضوية “. كان مدعومًا بمنحة من مؤسسة العلوم الروسية. عند دراسة آلية نقل الشحنة في هذه الفئة من المركبات ، اكتشفنا اتجاهين رئيسيين للتطوير: 

  • يمكن استخدام هذه المركبات كطبقة واقية لتغطية كابل الموصل الرئيسي للبطارية ، والذي قد يكون مصنوعًا من مواد بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. 
  • يمكن استخدامها كعنصر نشط في مواد تخزين الطاقة الكهروكيميائية ، كما يوضح أوليغ ليفين.

استغرق تطوير البوليمر أكثر من ثلاث سنوات. في السنة الأولى ، اختبر العلماء مفهوم المادة الجديدة: قاموا بدمج المكونات الفردية لمحاكاة العمود الفقري الموصّل كهربائيًا والمعلقات المحتوية على النيتروكسيل النشط الأكسدة. كان من الضروري التأكد من أن جميع أجزاء الهيكل تعمل جنبًا إلى جنب وتعزز بعضها البعض. كانت المرحلة التالية هي التركيب الكيميائي للمركب. كان الجزء الأكثر تحديا في المشروع. وذلك لأن بعض المكونات حساسة للغاية وحتى أدنى خطأ من العلماء قد يتسبب في تدهور العينات.

من بين العديد من عينات البوليمر التي تم الحصول عليها ، تم العثور على واحدة فقط لتكون مستقرة وفعالة بما فيه الكفاية. 

تتكون السلسلة الرئيسية للمركب الجديد من مجمعات من النيكل مع روابط ملحية. تم ربط الجذور الحرة المستقرة ، القادرة على الأكسدة والاختزال السريع (الشحن والتفريغ) ، بالسلسلة الرئيسية عبر الروابط التساهمية.

سيتم شحن البطارية المصنعة باستخدام البوليمر الخاص بنا في ثوانٍ – حوالي عشر مرات أسرع من بطارية الليثيوم أيون التقليدية. وقد تم بالفعل إثبات ذلك من خلال سلسلة من التجارب. ومع ذلك ، فإنها لا تزال متخلفة من حيث السعة – 30 إلى 40٪ أقل من بطاريات الليثيوم أيون في هذه المرحلة. يقول أوليغ ليفين ، إننا نعمل حاليًا على تحسين هذا المؤشر مع الحفاظ على معدل تفريغ الشحن.

تم تصنيع الكاثود الخاص بالبطارية الجديدة – وهو قطب كهربائي موجب للاستخدام في مصادر التيار الكيميائي. الآن نحن بحاجة إلى القطب السالب – الأنود. في الواقع ، ليس من الضروري أن يتم إنشاؤه من الصفر – يمكن تحديده من الموجود سابقا. 

عند اقترانهما معًا ، سيشكلان نظامًا ، في بعض المناطق ، قد يحل محل بطاريات الليثيوم أيون قريبًا.

البطارية الجديدة قادرة على العمل في درجات حرارة منخفضة وستكون خيارًا ممتازًا حيث يكون الشحن السريع أمرًا بالغ الأهمية. كما أنه آمن للاستخدام – و لا يوجد شيء يمكن أن يشكل خطر الاحتراق ، على عكس البطاريات القائمة على الكوبالت المنتشرة اليوم. 

كما أنه يحتوي على عدد أقل بكثير من المعادن التي يمكن أن تسبب أضرارًا بيئية. يقول أوليغ ليفين: “ يوجد النيكل في البوليمر الخاص بنا بكمية صغيرة ، ولكن يوجد منه أقل بكثير من بطاريات الليثيوم أيون ”.

Click to comment

Leave a Reply

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

You May Also Like

technology

قطعت تكنولوجيا الطاقة الشمسية شوطا طويلا منذ بداياتها في الخمسينيات من القرن الماضي.  أدت التقنيات وأساليب التصنيع الجديدة إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير وخفض...

technology

نحن محاطون بالتكنولوجيا هذه الأيام. البرامج ، وتطبيقات الأجهزة المحمولة ، والطائرات بدون طيار ، و وسلاسل الكتل، والسيارات ذاتية القيادة ، والذكاء الاصطناعي...

technology

غالبًا ما يُسألون ، ما هي أفضل الألواح الشمسية جودة في أستراليا؟ ليس من السهل الإجابة عن هذا السؤال ، ولكن في الجدول أدناه...

technology

لماذا الألعاب المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء؟ هناك عدة أسباب وراء قيام الناس بالبحث عن هذه الأشكال من الألعاب. أصبحت ألعاب الهاتف المحمول شائعة لأسباب...