بطاريات الليثيوم- الهواء فائقة الكثافة للطاقة تتجاوز تقنية أيون الليثيوم أربع مرات.. مزايا السلامة والطاقة
استخدامها كوسيط تحويلي للنقل الكهربائي وخاصة الطائرات والقطارات والغواصات
نشر محمد أسدي، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية في معهد إلينوي للتكنولوجيا، ورقة في مجلة Science يصف فيها الكيمياء وراء تصميمه الجديد لبطارية الليثيوم-الهواء.
ستسمح له الرؤى بتحسين تصميم البطارية بشكل أكبر، مع إمكانية الوصول إلى كثافة طاقة عالية جدًا تتجاوز بكثير تقنية أيون الليثيوم الحالية.
تصميم البطارية لديه القدرة على تخزين كيلوواط/ ساعة لكل كيلوجرام أو أعلى – أربع مرات أكبر من تقنية بطاريات الليثيوم أيون، والتي من شأنها أن تكون تحويلية للنقل الكهربائي، وخاصة المركبات الثقيلة مثل الطائرات والقطارات والغواصات.
يهدف أسدي إلى صنع بطارية ذات إلكتروليت صلب، مما يوفر مزايا السلامة والطاقة مقارنة ببطاريات الإلكتروليت السائلة، وسعى إلى خيار يكون متوافقًا مع تقنيات الكاثود والأنود التي طورها لاستخدامها في بطاريات الليثيوم الهوائية.
البوليمر والسيراميك
اختار مزيجًا من البوليمر والسيراميك، وهما النوعان الأكثر شيوعًا من الإلكتروليتات الصلبة ولكن كلاهما له جوانب سلبية، من خلال الجمع بينهما، وجد أسدي أنه يمكنه الاستفادة من الموصلية الأيونية العالية للسيراميك والثبات العالي والاتصال البيني العالي للبوليمر.
تسمح النتيجة بالتفاعل العكسي الحرج الذي يمكّن البطارية من العمل- تكوين وتحلل ثاني أكسيد الليثيوم- يحدث بمعدلات عالية في درجة حرارة الغرفة، وهو أول دليل على ذلك في بطارية ليثيوم هواء .
أجرى أسدي مجموعة من التجارب التي توضح العلم وراء كيفية حدوث هذا التفاعل، حيث يقول أسدي”لقد وجدنا أن إلكتروليت الحالة الصلبة يساهم بحوالي 75 % من إجمالي كثافة الطاقة، وهذا يخبرنا أن هناك مجالًا كبيرًا للتحسين لأننا نعتقد أنه يمكننا تقليل هذا السُمك دون المساومة على الأداء، وهذا من شأنه أن يسمح لنا بتحقيق كثافة طاقة عالية جدًا”.
أجريت هذه التجارب بالتعاون مع جامعة إلينوي شيكاغو، ومختبر أرجون الوطني، ويوضح أسدي، أنه يخطط للعمل مع شركاء الصناعة، حيث يتجه الآن نحو تحسين تصميم البطارية وهندستها للتصنيع، مضيفا: “تعتبر التكنولوجيا طفرة، وقد فتحت نافذة كبيرة لإمكانية نقل هذه التقنيات إلى السوق”.
