تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في الصناعات عالية التقنية وفي حياتنا اليومية، ويؤثر أدائها بشكل مباشر على كفاءة الطاقة وتجربة المستخدم. في الآونة الأخيرة، حقق فريق من الباحثين من جامعة نانكاي ومعهد شنغهاي لمصادر الطاقة الفضائية، من بين آخرين، اختراقًا رائدًا. ومن خلال تقنية إلكتروليت جديدة، يأملون في مضاعفة عمر بطارية بطاريات الليثيوم أيون الموجودة مع الحفاظ على نفس الحجم والوزن، وتعزيز أدائها في درجات الحرارة المنخفضة بشكل كبير. وقد نشر هذا الإنجاز في المجلة الأكاديمية الدوليةطبيعةفي صباح يوم 26.
يكمن الإنجاز الأساسي للبطارية الجديدة في المنحل بالكهرباء الداخلي، الذي يعمل كموصل للأيونات، ويعمل مثل "الطريق السريع" بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. وهو أمر بالغ الأهمية لكفاءة طاقة البطارية، والاستقرار التشغيلي، والقدرة على التكيف مع درجة الحرارة. حاليًا، يحتوي مذيب الإلكتروليت الموجود في بطاريات الليثيوم أيون عادةً على عنصر مهم، وهو الأكسجين. وتتمثل ميزتها في قابليتها القوية للذوبان في أملاح الليثيوم، لكن هذا التفاعل القوي يحد أيضًا من نقل الشحنة، مما يجعل من الصعب تحسين كثافة طاقة البطارية بشكل أكبر ويحد من أدائها في درجات الحرارة المنخفضة.
وأوضح تشاو تشينغ، الباحث في كلية الكيمياء بجامعة نانكاي: "يهدف المنحل بالكهرباء إلى فصل الأيونات بسرعة وتسهيل تفاعلات نقل الشحنة السريعة، وهو أمر متناقض بطبيعته". لقد اعتبرنا الفلور عنصرًا في نفس الفترة، لأن الفلور له تنسيق أضعف مع الليثيوم، مما يسهل نقل الشحنة بين أيونات الليثيوم وبالتالي زيادة كثافة الطاقة الإجمالية للبطارية.
وبعد سنوات من البحث المخصص، تغلب الفريق على التحديات الرئيسية مثل صعوبة إذابة أملاح الليثيوم مع الفلور، وتوليف سلسلة من جزيئات المذيبات الهيدروكربونية المفلورة الجديدة. من خلال التحكم في كثافة الإلكترون لذرات الفلور والعائق الجامد لجزيئات المذيبات، فقد خفضوا بشكل كبير كمية الإلكتروليت المطلوبة مع إظهار حركية نقل الشحن السريع، وبالتالي تحسين كثافة طاقة البطارية والقدرة على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة في نفس الوقت.
تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في الصناعات عالية التقنية وفي حياتنا اليومية، ويؤثر أدائها بشكل مباشر على كفاءة الطاقة وتجربة المستخدم. في الآونة الأخيرة، حقق فريق من الباحثين من جامعة نانكاي ومعهد شنغهاي لمصادر الطاقة الفضائية، من بين آخرين، اختراقًا رائدًا. ومن خلال تقنية إلكتروليت جديدة، يأملون في مضاعفة عمر بطارية بطاريات الليثيوم أيون الموجودة مع الحفاظ على نفس الحجم والوزن، وتعزيز أدائها في درجات الحرارة المنخفضة بشكل كبير. وقد نشر هذا الإنجاز في المجلة الأكاديمية الدوليةطبيعةفي صباح يوم 26.
يكمن الإنجاز الأساسي للبطارية الجديدة في المنحل بالكهرباء الداخلي، الذي يعمل كموصل للأيونات، ويعمل مثل "الطريق السريع" بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. وهو أمر بالغ الأهمية لكفاءة طاقة البطارية، والاستقرار التشغيلي، والقدرة على التكيف مع درجة الحرارة. حاليًا، يحتوي مذيب الإلكتروليت الموجود في بطاريات الليثيوم أيون عادةً على عنصر مهم، وهو الأكسجين. وتتمثل ميزتها في قابليتها القوية للذوبان في أملاح الليثيوم، لكن هذا التفاعل القوي يحد أيضًا من نقل الشحنة، مما يجعل من الصعب تحسين كثافة طاقة البطارية بشكل أكبر ويحد من أدائها في درجات الحرارة المنخفضة.
وأوضح تشاو تشينغ، الباحث في كلية الكيمياء بجامعة نانكاي: "يهدف المنحل بالكهرباء إلى فصل الأيونات بسرعة وتسهيل تفاعلات نقل الشحنة السريعة، وهو أمر متناقض بطبيعته". لقد اعتبرنا الفلور عنصرًا في نفس الفترة، لأن الفلور له تنسيق أضعف مع الليثيوم، مما يسهل نقل الشحنة بين أيونات الليثيوم وبالتالي زيادة كثافة الطاقة الإجمالية للبطارية.
وبعد سنوات من البحث المخصص، تغلب الفريق على التحديات الرئيسية مثل صعوبة إذابة أملاح الليثيوم مع الفلور، وتوليف سلسلة من جزيئات المذيبات الهيدروكربونية المفلورة الجديدة. من خلال التحكم في كثافة الإلكترون لذرات الفلور والعائق الجامد لجزيئات المذيبات، فقد خفضوا بشكل كبير كمية الإلكتروليت المطلوبة مع إظهار حركية نقل الشحن السريع، وبالتالي تحسين كثافة طاقة البطارية والقدرة على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة في نفس الوقت.
