لتقليل انبعاثات الكربون والاستمرار في تلبية المتطلبات المتزايدة لصناعة الإلكترونيات، سيحتاج العلماء إلى تطوير تقنيات بطاريات بديلة تكون أكثر ديمومة واستدامة ويمكنها تخزين المزيد من الطاقة.
في السنوات الأخيرة ، كانوا يحاولون تطوير تقنيات بطاريات بديلة باستخدام تركيبات مواد مختلفة.
من بين تقنيات البطاريات التي أثبتت أنها واعدة حتى الآن هي بطاريات الليثيوم الكبريت (Li-S) ، والتي تحتوي على كاثودات الكبريت وأنودات الليثيوم المعدنية.
يمكن لهذه البطاريات التغلب على بعض القيود المرتبطة بتفاعلات التحويل في بطاريات الليثيوم أيون (LiBs) ، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة كثافة الطاقة .
على الرغم من مزاياها المحتملة، إلا أن العديد من تصميمات بطاريات Li-S التي تم تقديمها حتى الآن لم تحقق النتائج المرجوة.
أحد أسباب ذلك هو أن الكبريت الموجود في البطاريات يجب أن يتم تحميله على مضيف موصل ، والذي يعتمد عادةً على المواد التي كانت رطبة بشكل سيئ بواسطة الإلكتروليت (على سبيل المثال ، معظم الكربونات)، يؤدي ذلك إلى إعاقة انتشار أيونات الليثيوم في البطاريات ، مما يقلل من قدرتها الإجمالية وأدائها.
طور باحثون في جامعة كامبريدج، ومعهد فاراداي مؤخرًا بطاريات Li-S عالية الأداء باستخدام صفائح نانوية من ثاني كبريتيد الموليبدينوم المعدني الصخري 1T (Li x MoS يقدم تصميمهم، الموضح في بحث نُشر في Nature Energy ، وعدًا كبيرًا لإنشاء حلول بطاريات من الجيل التالي يمكنها تخزين المزيد من الطاقة.
قال لي زي نجان، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة،: تتناول ورقتنا الأخيرة مادة جديدة لبطاريات Li-S يمكن أن تؤدي إلى كثافة طاقة فائقة”، “إنه يعتمد على المرحلة المعدنية للمادة ثنائية الأبعاد، والتي تعمل مجموعتنا البحثية عليها منذ أكثر من 10 سنوات.”
يعتمد تصميم البطارية الذي قدمه لي وزملاؤه على الجهود السابقة التي بذلها باحثون في جامعة كامبريدج، وبشكل أكثر تحديدًا، طور الفريق أقطابًا كهربائية واعدة للغاية بناءً على الصفائح النانوية Li x MoS 2 لإنشاء بطاريات Li-S التي تتمتع بالعديد من الخصائص والخصائص المفيدة.
وأوضح لي: “كانت النقطة الأساسية في تصميمنا هي استخدام الحد الأدنى من الإلكتروليت مع الحفاظ على عمل البطارية بشكل طبيعي”، “هذا يتطلب أن تمتلك المادة المضيفة للكبريت خصائص مثل التوصيل الكهربائي العالي، والكثافة، وقابلية البلل، والقطبية للامتصاص، والنشاط التحفيزي.”
تعزيز نقل أيونات الليثيوم
وجد الباحثون، أن صفائحهم النانوية الليفية، حسنت بشكل كبير امتصاص بولي كبريتيد الليثيوم ، مع تعزيز نقل أيونات الليثيوم، وتسريع التفاعلات الكهروكيميائية وتحسين نشاط التحفيز الكهربائي، مما يدعم تحويل polysulfides في بطاريات Li-S مجتمعة، نتج عن هذه المزايا كثافات طاقة ملحوظة تبلغ 441 Wh kg 1 و735Wh l 1 ، مما يسمح للبطاريات بالاحتفاظ بنسبة 85.2٪ من سعتها بعد 200 دورة تشغيل.
وأضاف لي، أن “بطاريات Li-S عالية الطاقة والعمر الطويلة التي تم عرضها في هذا العمل لديها إمكانات كبيرة لإنشاء الجيل التالي من أجهزة تخزين الطاقة”، “نخطط الآن لتوفير المزيد من المعرفة التأسيسية وترجمتها إلى تقنية بطاريات مجدية تجاريًا.”
نتائج واعدة
في التجارب الأولية ، حقق تصميم بطارية Li-S الجديد الذي قدمه هذا الفريق من الباحثين نتائج واعدة للغاية، مما يشير إلى أنه يمكن أن يساعد في تحقيق أداء أفضل وكثافة طاقة أعلى.
يقوم لي وزملاؤه الآن بإجراء المزيد من التقييمات واستكشاف إمكانية تسويق التكنولوجيا الخاصة بهم.
