هل يمكن تمديد عمر بطارية أيون الليثيوم بإضافة عنصر الهيدروجين؟

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Προμηθευτής φορητών σταθμών παραγωγής ενέργειας

توصل باحثون في مختبر راونس ريفو مور الوطني (LLNL) إلى أن سعة البطارية يمكن تحسينها بشكل كبير طالما تمت إضافة عنصر الهيدروجين إلى أقطاب بطارية الليثيوم أيون، مما سيؤدي إلى إطالة وقت التشغيل وتسريع عمليات النقل. بطارية أيون الليثيوم هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويتم نقل أيون الليثيوم من البطارية إلى القطب الموجب أثناء التفريغ، ويتم نقل أيون الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب أثناء الشحن. بطارية أيون الليثيوم هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويتم نقل أيون الليثيوم من البطارية إلى القطب الموجب أثناء التفريغ، ويتم نقل أيون الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب أثناء الشحن.

تتمتع بطاريات أيونات الليثيوم بالعديد من الخصائص الرئيسية، والجهد، وكثافة الطاقة، ويتم تحديد أداء هذه الخصائص في النهاية من خلال الجمع بين أيونات الليثيوم ومواد الأقطاب الكهربائية. في بنية القطب الكهربائي، قد تؤثر التغييرات الدقيقة في الكيمياء والأشكال بشكل كبير على كيفية ارتباط أيونات الليثيوم بقوة برباطها القوي. من خلال التجارب والحسابات، وجد الباحثون المخترعون في مختبر ليفرمور الوطني أن قطب رغوة الجرافين المعالج بالهيدروجين في بطارية ليثيوم أيون يظهر سعة أعلى وقدرة نقل أسرع.

وقال موريسوانج، عالم المواد في مختبر لورانس لورنس الوطني: "توفر هذه النتائج تحليلاً عالي الجودة، مما يساعد في تصميم أقطاب كهربائية عالية الطاقة تعتمد على مادة الجرافين". وهو أيضًا أحد مؤلفي هذا البحث المنشور في مجلة NatureScientificReports. وتستخدم مواد جالين في التطبيقات التجارية لعناصر تخزين الطاقة، بما في ذلك بطاريات الليثيوم أيون والمكثفات الفائقة، مما يؤثر بشكل خطير على قدرتها على إنتاج هذه المادة بتكلفة أقل.

في النهاية، ستترك طريقة التركيب الكيميائي المستخدمة بشكل شائع عددًا كبيرًا من ذرات الهيدروجين، مما يجعل من الصعب تحديد تأثيرات الأداء الكهروكيميائي للجرافين. توصل الباحثون في مختبر ليفرمور إلى أن عنصر الهيدروجين يعمل عمداً على تحسين معالجة درجة الحرارة الأساسية للجرافين الغني بالحبيبات، وهو ما قد يؤدي في الواقع إلى تحسين سعة المعدل. بعد عيوب عنصر الهيدروجين والعيوب الموجودة في الجرافين، يتم فتح المسام الأصغر، مما يمكن أن يعزز اختراق أيونات الليثيوم بشكل أسهل، وبالتالي تحسين معدل النقل.

يمكن توفير سعة أكثر قابلية للدورة من خلال أيون الليثيوم المتصل بالحافة الجديدة (من المرجح أن يلتصق بعنصر الهيدروجين). وقال الباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر علوم المواد في ليفرمور والمؤلف المهم للأوراق البحثية: "إن تحسين أداء القطب الكهربائي يمثل اختراقًا مهمًا، والذي يمكن أن يفتح المزيد من التطبيقات في العالم الحقيقي". من أجل التقدم بطلب لاستخدام الهدرجة وعيوب الهدرجة في خصائص تخزين أيونات الليثيوم في الجرافين، قام الباحثون بتطبيق ظروف معالجة حرارية مختلفة تعرض لها عنصر الهيدروجين الرابط، مع التركيز على الخصائص الكهروكيميائية لرغوة الجرافين النانوية ثلاثية الأبعاد (GNF).

مكونة من الجرافين المعيب. ويستخدم الباحثون رغوة الجرافيت النانوية ثلاثية الأبعاد لأنها تتمتع بمجموعة متنوعة من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك تخزين الهيدروجين، والتحفيز، والترشيح، والعزل، وامتصاص الطاقة، وتحلية السعة، والمكثفات الفائقة، وبطاريات الليثيوم أيون، وما إلى ذلك. لا يمكن أن تكون خصائص لاصق الرغوة الجرافينية ثلاثية الأبعاد غير اللاصقة أكثر تعقيدًا لأن المادة المضافة أكثر تعقيدًا، وبالتالي يمكن استخدامها كخيار مثالي لأبحاث الآلية.

"وجدنا أنه بعد معالجة عنصر الهيدروجين، فإن قطب رغوة الجرافيت أولي لديه تقدم كبير. ومن خلال الجمع بين هذه التجربة، سنتمكن من تتبع التفاعلات الدقيقة والتقدم بين العيوب ومحاليل الهيدروجين. واستجابة لنتائج بعض التغييرات الصغيرة في كيمياء الجرافين ومورفولوجياته، فمن الممكن إحداث تأثيرات كبيرة ومدهشة في الأداء، "كما أن باحثي LLNL لديهم أيضًا مؤلف آخر لهذه الدراسة" براندونوود.

وفقًا لهذه الدراسة، يمكن أيضًا استخدام معالجة عنصر الهيدروجين المتحكم بها في مواد الأنود الأخرى القائمة على الجرافين لتحقيق نقل أيونات الليثيوم الأمثل وتطبيقات التخزين القابلة لإعادة التدوير.