طرق جديدة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون لاستخدامها في تخزين الهيدروجين وإنتاجه

تبرز بطاريات الليثيوم أيون كواحدة من أكثر تقنيات البطاريات القابلة لإعادة الشحن انتشارًا في العصر الحالي.

داخل هذه البطاريات، تُستخدم أكاسيد الليثيوم والكوبالت (LiCoO 2) على نطاق واسع كمواد للأقطاب الكهربائية الموجبة أو الكاثودات (الموصلات التي يدخل من خلالها التيار الكهربائي إلى المادة أو يخرج منها).

يلعب الكاثود دورًا محوريًا في بطاريات الليثيوم أيون، ويؤثر على قدرتها وأدائها خلال العديد من دورات تفريغ الشحن والقدرة على إدارة الحرارة.

إحدى المشكلات الرئيسية التي تؤدي إلى تدهور هذه البطاريات هي إنتاج الهيدروجين من خلال تحلل الماء، ولذلك، فإن اكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية تراكم الهيدروجين وإزالته في LiCoO 2 يمكن أن يعزز بشكل كبير كفاءة وعمل بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة.

علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي هذه المعرفة إلى طرق جديدة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة لاستخدامها في تخزين الهيدروجين وإنتاجه من خلال عملية تقسيم الماء في درجة حرارة الغرفة.

في دراسة حديثة نشرت في المجلة الدولية للطاقة الهيدروجينية بقيادة البروفيسور بون تسوتشيا من قسم التعليم العام بكلية العلوم والتكنولوجيا في جامعة ميجو، أجرى فريق من الباحثين تحقيقًا شاملاً في امتصاص الهيدروجين وفقدان مواد الكاثود LiCoO 2 المغمورة في الماء عند درجة حرارة الغرفة.

وفقًا للبروفيسور تسوتشيا، “إن دافعي هو تحقيق إنتاج الهيدروجين (H 2 ) من خلال تقسيم الماء (H 2 O) في درجة حرارة الغرفة باستخدام مواد سيراميكية أكسيدية معينة.

وعادةً ما يتم فصل H عن H 2 O عند حوالي 2000 كلفن ومع ذلك، فهذه طاقة كبيرة جدًا لإنتاج وقود الهيدروجين بشكل فعال ولحل المشكلات البيئية الحالية، مثل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل.

تهدف الدراسة إلى استكشاف كيفية تخزين مواد LiCoO 2 وإطلاق الهيدروجين، وتحديد المواقع الأكثر استقرارًا داخل هيكل LiCoO 2 لاحتجاز الهيدروجين.

وقد تم ذلك باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة، بما في ذلك طرق الكشف عن زيادة الوزن والارتداد المرن.

وكشف الفريق أن تركيز الهيدروجين يزداد بعد غمر المادة في الماء لمدة دقيقتين عند درجات حرارة محددة.

بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام كروماتوغرافيا الغاز لتحليل إطلاق غاز الهيدروجين وتحديد درجة الحرارة التي حدث عندها التفكك، والتي وجد أنها أقل من 523 كلفن.

حسابات نظرية الكثافة الوظيفية

كما تضمنت الدراسة حسابات نظرية الكثافة الوظيفية، والتي أشارت إلى أن ذرات الهيدروجين المنفصلة عن الماء تميل إلى تفضل مواقع الليثيوم على المواقع الأخرى في التركيب البلوري لـ LiCoO 2 .

بشكل عام، تشير النتائج إلى أن LiCoO 2 له دور كبير في تخزين الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة من خلال عملية تفكك الماء لإنتاج غاز الهيدروجين.

يقول البروفيسور تسوتشيا: “إذا أصبح من الممكن إنتاج غاز الهيدروجين من غاز الهيدروجين الذي لا ينضب على الأرض باستخدام مدخلات طاقة منخفضة، فأعتقد أنه يمكننا إنشاء مجتمع يعتمد على الهيدروجين في المستقبل”.

باختصار، قام الباحثون بدراسة تخزين وإطلاق الهيدروجين في مواد الكاثود LiCoO 2 لبطاريات الليثيوم أيون.

ومن خلال تقديم نظرة ثاقبة للعملية التي تؤدي إلى تدهور هذه التكنولوجيا المستخدمة على نطاق واسع، تمهد هذه الدراسة الطريق لتطوير بطاريات أكثر كفاءة بالإضافة إلى إنتاج الهيدروجين منخفض الطاقة من خلال تقسيم الماء، وهي تقنية تخزين الطاقة الصديقة للبيئة.