بطارية معدنية قابلة لإعادة الشحن من الكالسيوم ذات دورة حياة طويلة.. عقبات اقتصادية
الكاالسيوم خامس أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض وغير مكلف وله كثافة طاقة أعلى
طورت مجموعة بحثية نموذجًا أوليًا لبطارية معدنية قابلة لإعادة الشحن من الكالسيوم (Ca) قادرة على 500 دورة من التفريغ المتكرر للشحن – وهو المعيار القياسي للاستخدام العملي، حسيما نشرت مجلة Advanced Science .
مع تزايد استخدام المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة، لم تكن الحاجة إلى استكشاف بدائل لبطاريات الليثيوم أيون (LIBs) أكبر من أي وقت مضى.
أحد هذه البدائل هو بطاريات معدنية Ca، باعتباره خامس أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض، يتوفر الكالسيوم على نطاق واسع وغير مكلف وله كثافة طاقة أعلى من LIBs ، يُعتقد أيضًا أن خصائصه تساعد في تسريع نقل الأيونات وانتشارها في الإلكتروليت ومواد الكاثود ، مما يمنحها ميزة على بدائل LIB الأخرى مثل المغنيسيوم والزنك.
عقبات في طريق الجدوى التجارية
ولكن لا تزال هناك العديد من العقبات في طريق الجدوى التجارية لبطاريات الكالسيوم المعدنية، ثبت أن الافتقار إلى الإلكتروليت الفعال وغياب مواد الكاثود ذات إمكانات التخزين الكافية Ca 2+ هي حجر العثرة الرئيسي.
في عام 2021، قدم بعض أعضاء مجموعة البحث الحالية حلاً للمشكلة السابقة عندما أدركوا وجود إلكتروليت جديد خالٍ من الكالسيوم (Ca) يعتمد على مجموعة الهيدروجين (monocarborane) ، أظهر المنحل بالكهرباء تحسنًا ملحوظًا في الأداء الكهروكيميائي مثل الموصلية العالية والاستقرار الكهروكيميائي العالي.
يقول كازواكي كيسو، الأستاذ المساعد في معهد المواد بجامعة توهوكو: “بالنسبة لبحثنا الحالي، اختبرنا التشغيل طويل المدى لبطارية معدن الكالسيوم مع جسيمات نانوية من كبريتيد النحاس (CuS) / كاثود مركب كربوني وإلكتروليت قائم على الهيدريد”.
النحاس
أيضا معدن طبيعي، النحاس له خصائص كهروكيميائية مواتية، يتيح هيكلها متعدد الطبقات تخزين مجموعة متنوعة من الكاتيونات، بما في ذلك الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم.
تبلغ السعة النظرية الكبيرة 560 مللي أمبير في الساعة g -1 – أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من مواد الكاثود الحالية لبطاريات الليثيوم أيون.
من خلال الجسيمات النانوية والتركيب بمواد الكربون، تمكن كيسو وزملاؤه من إنشاء كاثود قادر على تخزين كميات كبيرة من أيونات الكالسيوم.
عند استخدامها مع المنحل بالكهرباء من نوع الهيدريد ، فإنها تنتج بطارية ذات أداء دوران عالي الاستقرار، احتفظ النموذج الأولي للبطارية بنسبة 92٪ من القدرة على الاحتفاظ بأكثر من 500 دورة بناءً على سعة الدورة العاشرة.
المجموعة واثقة من أن هذا الاختراق سيساعد في تقدم البحث في مواد الكاثود للبطاريات القائمة على الكالسيوم.
يقول كيسو” تؤكد دراستنا جدوى استخدام أنودات الكالسيوم المعدنية للعمليات طويلة الأجل، ونأمل أن تسرع النتائج في تطوير بطاريات الكالسيوم المعدنية”.
