خطوات واعدة نحو خفض التكاليف وتحسين خيارات إعادة التدوير في بطارية الليثيوم والكبريت.. أصغر حجمًا وأخف وزنًا

طور الباحثون في جامعة موناش تصميمًا جديدًا لبطارية ليثيوم-كبريت باستخدام أنود رقائق الليثيوم المغلفة بالبوليمر النانوي الذي يقلل من كمية الليثيوم المطلوبة في بطارية واحدة.

مع التحول إلى الطاقات المتجددة كمهمة عالمية، أصبحت الحاجة إلى حلول أكثر استدامة لتخزين الطاقة أمرا بالغ الأهمية.

في ورقتهم الأخيرة دكتوراه. يوضح الطالب ديكلان ماكنمارا، والبروفيسور ماثيو هيل، والبروفيسور مايناك ماجومدر من جامعة موناش، مع الدكتور مخدوخت شيباني من جامعة RMIT، كيف أن تطبيق البوليمر النانوي مباشرة على أنود رقائق الليثيوم قد أدى إلى إنشاء تصميم جديد للبطارية يستخدم كمية أقل من الليثيوم، ويحتوي على المزيد الطاقة لكل وحدة حجم، تدوم لفترة أطول وستكون بنصف سعر بطاريات الليثيوم أيون. تم نشر الورقة في الأنظمة المستدامة المتقدمة .

بطاريات الليثيوم-الكبريت (Li-S) هي تقنية ناشئة لتخزين الطاقة تستخدم الليثيوم المعدني والكبريت لتوفير طاقة أكبر لكل جرام من بطاريات أيونات الليثيوم.

وفي حين أن بطاريات Li-S عالية الكفاءة، فإن عملية العثور على الليثيوم واستخراجه ونقله تترك بصمة بيئية كبيرة، لذا فإن استخدام أقل قدر ممكن من الليثيوم يظل مهمًا.

تكرار عمليات الشحن والتفريغ

بطاريات Li-S لها أيضًا حدودهاـ عادةً ما تحتوي على أنود الليثيوم (قطب سلبي) وكاثود الكبريت (قطب إيجابي) مع طبقة فاصلة. عندما يتم شحن البطارية وتفريغها، تتفاعل كميات كبيرة من الليثيوم والكبريت مع بعضها البعض، مما يضع معدن الليثيوم تحت ضغط كبير.

وقال الباحث الرئيسي ديكلان ماكنمارا من شركة Monash Engineering ، إن طلاء البوليمر الرقيق الموجود على الليثيوم أدى إلى تحسين عدد المرات التي يمكن فيها تدوير البطارية بشكل كبير.

وأضاف “يحتوي البوليمر على ثقوب صغيرة يقل حجمها عن نانومتر – جزء من مليار من المتر – مما يسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك بحرية بينما تمنع المواد الكيميائية الأخرى التي من شأنها مهاجمة الليثيوم، ويعمل الطلاء أيضًا كسقالة لليثيوم، ويساعده على الشحن والتفريغ مرارا وتكرارا.

وقال ماكنمارا “الليثيوم المعدني هو سلاح ذو حدين، الليثيوم مملوء بالطاقة، ولكن في بطارية سيئة، يتم إهدار هذه الطاقة في التفاعلات الجانبية.

ومن ناحية أخرى، إذا تم توجيه الطاقة بشكل صحيح، فإنها يمكن أن تؤدي إلى بعض الضرر”، “أجهزة تخزين الطاقة المذهلة التي يسهل تصنيعها، يعد هذا الطلاء خطوة نحو بطاريات Li-S عالية الكفاءة وسهلة التصنيع”.

ولا يتطلب التصميم الجديد النيكل أو الكوبالت، مما يلغي الحاجة إلى المعادن التي لها تكلفة بيئية واجتماعية كبيرة.

خطوات واعدة

وقال البروفيسور ماجومدر إن هذه التطورات تعد خطوات واعدة نحو اعتماد واسع النطاق لبطاريات Li-S وغيرها من أنظمة تخزين الطاقة المعتمدة على معدن الليثيوم .

وأضاف “ستصبح تقنيات حماية معدن الليثيوم حاسمة في سعينا نحو بطاريات المستقبل الكثيفة الطاقة والمستدامة.

وتضع الدراسة إطارًا جديدًا لحماية معدن الليثيوم من التحلل السريع أو الفشل الكارثي الذي كان بمثابة كعب أخيل لبطاريات Li- S “.

وقال البروفيسور هيل إن التكنولوجيا يمكن أن يكون لها تأثير فوري، مضيفا ” أن سوق السيارات الكهربائية والطائرات بدون طيار والأجهزة الإلكترونية يشهد نمط نمو حاد وهذا البحث جاهز تجاريًا للتصنيع لدعم هذا النمو، إن إنتاج خيارات بطاريات أكثر اقتصادية وحساسة للبيئة سيكون استخدامًا رائعًا لهذه التكنولوجيا، و ونحن نتطلع إلى العمل مع الشركاء التجاريين لتطوير وتصنيع هذه التكنولوجيا”.