بطارية ألومنيوم صديقة للبيئة تدوم 10000 دورة مع الحد الأدنى من الخسارة

تُعَد البطاريات الكبيرة المستخدمة في تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على المدى الطويل أمرًا أساسيًا لدمج مصادر الطاقة الوفيرة والمتجددة في شبكة الطاقة الأمريكية، ومع ذلك، هناك نقص في تقنيات البطاريات الآمنة والموثوقة لدعم الدفع نحو الطاقة النظيفة والمستدامة.

والآن، صمم باحثون في مجلة ACS Central Science بطارية أيون ألومنيوم (Al-ion) فعّالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة ويمكن أن تكون مناسبة.

تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الشائعة، بما في ذلك الأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية.

وتنتشر هذه البطاريات في كل مكان بسبب كثافتها العالية من الطاقة.

ولكن تكلفة الليثيوم باهظة بالنسبة لأنظمة البطاريات الكبيرة اللازمة لتخزين الطاقة على نطاق المرافق، كما أن قابلية اشتعال بطاريات الليثيوم أيون تشكل خطراً كبيراً على السلامة.

وتشمل البدائل المحتملة لأنظمة تخزين الطاقة الموثوقة طويلة الأجل بطاريات أيون الألومنيوم القابلة لإعادة الشحن، ومع ذلك، فإن أكثر إلكتروليتاتها شيوعًا، وهو كلوريد الألومنيوم السائل، يتسبب في تآكل أنود الألومنيوم وهو حساس للغاية للرطوبة، مما يؤدي إلى تفاقم التآكل.

ويساهم كلا العاملين في ضعف الاستقرار وانخفاض الأداء الكهربائي بمرور الوقت.

لذلك، أراد وي وانج وشوكيانج جياو وزملاؤهما تصميم بطارية أيون الألومنيوم محسنة بدون هذه القيود.

ملح فلوريد الألومنيوم الخامل

أضاف الفريق ملح فلوريد الألومنيوم الخامل إلى إلكتروليت يحتوي على أيونات الألومنيوم، مما حوله إلى إلكتروليت في الحالة الصلبة .

يحتوي ملح فلوريد الألومنيوم على بنية مسامية ثلاثية الأبعاد، مما يسمح لأيونات الألومنيوم بالقفز بسهولة عبر الإلكتروليت وزيادة التوصيل.

بالإضافة إلى ذلك، عندما قام الباحثون ببناء بطارية أيونات الألومنيوم الخاصة بهم، استخدموا كربونات فلورو إيثيلين كمضاف واجهة لإنشاء طبقة صلبة رقيقة على الأقطاب الكهربائية لمنع تكوين بلورات الألومنيوم التي تؤدي إلى تدهور صحة البطارية.

وفي التجارب، تم تعزيز مقاومة البطارية للرطوبة وكذلك الاستقرار الفيزيائي والحراري ، مما يسمح لها بتحمل الوخزات المتكررة من جسم حاد ودرجات حرارة تصل إلى 392 درجة فهرنهايت.

كما تتمتع بطارية الأيونات ذات الحالة الصلبة بعمر طويل بشكل استثنائي، حيث تدوم 10000 دورة شحن وتفريغ بينما تفقد أقل من 1٪ من سعتها الأصلية.

تقلل من تكلفة الإنتاج وتطيل عمرها

علاوة على ذلك، يمكن استعادة معظم فلوريد الألومنيوم بغسلة بسيطة ثم إعادة تدويره في بطارية أخرى ذات أداء أقل قليلاً، يمكن للبطارية الجديدة أن تقلل من تكلفة إنتاج بطاريات أيون الألومنيوم وتطيل عمرها، وبالتالي زيادة فعاليتها العملية.

يقول وانج: “يُظهِر تصميم بطارية الأيونات الألومنيوم الجديدة هذه الإمكانات لنظام تخزين طاقة طويل الأمد وفعّال من حيث التكلفة وعالي الأمان، إن القدرة على استعادة المواد الأساسية وإعادة تدويرها تجعل التكنولوجيا أكثر استدامة”.

ويضيف الباحثون، أن هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في كثافة الطاقة ودورة الحياة قبل التسويق التجاري.