مضاعفة قدرة كاثودات أكسيد الحديد لبطاريات ليثيوم أيون موفرة ماديا وأعلى سعة.. شحن مستقبل مستدام

أظهرت مجموعة بحثية كاثود ليثيوم أيون عالي الطاقة (Li-ion) ، مما يمهد الطريق لبطاريات Li-ion فعالة من حيث التكلفة وآمنة وعالية السعة.

بطاريات Li-ion موجودة في كل مكان في الإلكترونيات والمركبات الكهربائية، وستلعب دورًا بارزًا في شحن مستقبل مستدام. لكن بطاريات Li-ion تعتمد على معادن انتقالية مثل الكوبالت والنيكل، وتقتصر إمدادات هذه المواد باهظة الثمن على حفنة من البلدان، لذلك فإن تطوير معادن انتقالية من عناصر وفيرة في الأرض مهمة حاسمة للعلماء.

أظهر فوسفات الحديد والليثيوم من نوع الأوليفين (LiFePO 4 ) واعدًا في السنوات الأخيرة كبديل فعال من حيث التكلفة،لكن سعتها التخزينية محدودة لأن المادة تعتمد على نقل الإلكترون الفردي للحديد ، أي ، أكسدة الحديد.

لهذا السبب ، استكشفت المجموعة أكسيد الليثيوم والحديد من النوع المضاد للفلوريت (Li 5 FeO 4 )، تم الإبلاغ عنه لأول مرة في عام 1999 ، Li 5 FeO 4 ، لديه قدرة نظرية ضعف قدرة LiFePO 4 لأنه يحتوي على أكسجين أكسجين وأكسدة حديدية، ولكن من الصعب تحقيق استخدام كل من أكسدة الحديد والأكسجين.

للتغلب على هذا ، استخدمت المجموعة نهج السبائك الكيميائية الميكانيكية لإحضار Li 5 FeO 4 إلى مرحلة غير مستقرة. أظهر Li 5 FeO 4 القابل للاستقرار الملفق أكسدة الحديد والأكسجين، وأظهر ضعف قدرة LiFePO 4 .

يقول الدكتور هيرواكي كوباياشي ، المؤلف الرئيسي للورقة والأستاذ في معهد البحوث متعدد التخصصات للمواد المتقدمة في جامعة توهوكو: “لقد حول نهجنا النظرية إلى حقيقة واقعة، ووضعنا على طريق تطوير مواد الكاثود عالية الطاقة”، “سيؤدي هذا إلى بطاريات Li-ion فعالة من حيث التكلفة وعالية السعة تعتمد على مواد وفيرة.”

تم إجراء البحث كمشروع بحثي مشترك بين جامعة توهوكو ومعهد ناجويا للتكنولوجيا، نُشرت التفاصيل في مجلة Advanced Energy Materials في 15 يناير 2023.