شحن سريع لمدة 10 دقائق لبطارية السيارة الكهربائية والدراجات الهوائية

البطاريات الحالية محدودة بوقت الشحن المطلوب والمدى الممكن تحقيقه، طورت وزارة الطاقة الأمريكية هدف الشحن السريع لمدة 10 دقائق لشحن بطارية السيارة الكهربائية .

فإن بطاريات Li-ion الحالية سريعة الشحن يمكن أن تؤدي إلى طلاء Li-metal للقطب الموجب الكربوني والتشكيل المحتمل لشورتات تغصنات الليثيوم الكارثية.

تمتلك أنودات Li-metal القدرة على التغلب على هذه المشكلات، فبدلاً من أن يكون طلاء Li-metal يمثل مشكلة، فهو في الواقع الأنود، وعلاوة على ذلك، تعمل أنودات Li-metal على تمكين بطاريات ذات كثافة طاقة أعلى وبالتالي نطاق EV ، حتى الآن، ظل معدل شحن أنودات الليثيوم المعدنية محدودًا بتكوين شورتات تغصنات الليثيوم.

قام الدكتور إريك واكسمان ، مدير معهد ماريلاند للابتكار في مجال الطاقة، والأستاذ الجامعي المتميز في جامعة ميريلاند، وفريقه البحثي بتطوير مادة عقيق مختلطة أحادية الطور وموصلة للإلكترون والتي عند دمجها في الهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد التي تم تطويرها سابقًا، لم تحقق فقط هدف الشحن السريع لوزارة الطاقة لدراجات Li ، ولكنها تجاوزتها بعامل 10.

يساعد الهيكل المسامي لعقيق MIEC على تخفيف الضغوط على الإلكتروليتات الصلبة أثناء ركوب الدراجات من خلال نشر الإمكانات بشكل موحد عبر السطح، وبالتالي منع النقاط الساخنة المحلية التي يمكن أن تحفز تكوين التشعبات.

تم نشر الورقة البحثية في Nature Materials ، حيث تعتبر هذه المادة والهيكل التحويلي إنجازًا هائلاً سيكون له تأثير كبير على المركبات الكهربائية والتطبيقات الأخرى.

ستكون EVs قادرة على القيام بعمق 100% من دورات التفريغ كل يوم لمدة 10 سنوات، وهو ما يتجاوز بكثير أي متطلبات عمر/ ضمان متوقعة للمركبة الكهربائية.

شحن سريع

قال الدكتور واي.شيرلي مينج، كبير العلماء في ACCESS Argonne National Lab والأستاذ في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو: “أظهر واكسمان وفريقه قدرة فائقة على معدل أنود معدن الليثيوم في هذا العمل، وذلك من خلال يمكن تحقيق التصميم المبتكر ثلاثي الأبعاد والهندسة المعمارية الفريدة مثل هذا الأداء. ويفتح هذا النهج نموذجًا جديدًا لتصميم الجيل القادم من البطاريات القابلة لإعادة الشحن عالية الطاقة “.

وقال واكسمان “خلال 35 عامًا من عملي على المواد الموصلة للأيونات الصلبة، كانت هذه هي المرة الأولى التي أرى فيها في أي مكان في الأدبيات العلمية القدرة على تدوير الأيونات في درجة حرارة الغرفة عبر سيراميك صلب بكثافات حالية تصل إلى 100 مللي أمبير/ سم 2 ، وخاصة الأيونات من معدن صلب”، مضيفا” من المتوقع أن يؤدي العرض الناجح لمعدن Li الخالي من التشعبات عالي المعدل في هياكل 3D MIEC إلى تحفيز تطوير بطاريات الحالة الصلبة”.

قال الدكتور يورجن جانيك، مدير مركز أبحاث المواد، جامعة جوستوس ليبيج في جيسن: “يعد أنود الليثيوم المعدني عالي المعدل القابل للانعكاس أحد التحديات الرئيسية على الطريق إلى بطاريات الحالة الصلبة التنافسية، قد يكون إظهار الكثافات الحالية المرتفعة كما ذكر إريك واشسمان وفريقه بمثابة تغيير في قواعد اللعبة”.