الموثوقية التشغيلية والمتانة وكثافة الطاقة العالية، في هذه النواحي، تتفوق بطاريات الحالة الصلبة من حيث المبدأ على بطاريات الليثيوم أيون بالكهرباء السائلة التقليدية.
بعض المشاكل التي تقف في طريق التطبيق الصناعي الواسع – في مجال التنقل الكهربائي، على سبيل المثال- هي ضعف التوافق بين الكاثود والإلكتروليت والتوصيل الأيوني المنخفض في درجة حرارة الغرفة.
قام فريق دولي بقيادة الدكتورة سيما أجاروال في جامعة بايرويت في ألمانيا بتطوير حل إلكتروليت صلب رقيق للغاية يتكون من مركب بوليمر سيراميك.
قدم الباحثون اكتشافهم في مجلة Advanced Energy Materials ، والمنحل بالكهرباء الصلب الذي طوره الباحثون هو مزيج من البوليمر والألياف النانوية الخزفية.
يتم تطبيق هذه المادة المركبة – مثل الطلاء إلى حد كبير- على السطح المسامي للكاثود، تملأ التجاويف الصغيرة، وتشكل إلكتروليتًا صلبًا له اتصال ثابت بالكاثود وسمكه حوالي سبعة ميكرومتر فقط.
بالمقارنة مع بطاريات الحالة الصلبة السابقة، يتميز هذا النظام الجديد بحقيقة أن الإلكتروليت يحيط بجزيئات الكاثود مثل الغلاف، يؤدي هذا إلى إنشاء واجهة محسّنة بشكل كبير، والتي تتمتع بميزة إضافية تتمثل في تنشيط الأيونات في الكاثود، نتيجة لهذا التعديل، يزيد المنحل بالكهرباء الصلب الجديد من سعة تخزين الطاقة للبطاريات.
ميزة رئيسية أخرى لهذا المنحل بالكهرباء الصلب الرقيق للغاية الذي يتفاعل مع الكاثود هو أنه يزيد بشكل كبير من الموثوقية التشغيلية للبطاريات، “تتسبب بطاريات الليثيوم أيون التقليدية التي تستخدم الإلكتروليتات السائلة بشكل متكرر في حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة.
وهناك دائمًا خطر تسرب الإلكتروليت ، مما يتسبب في حدوث قصر في الدائرة الكهربائية وتعطل البطارية.
وقد اشتعلت النيران بالفعل في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية بسبب هذا، التسبب في حوادث خطيرة.
كما توضح الأستاذ الدكتور سيما أجاروال، أستاذ كيمياء الجزيئات الكبيرة في جامعة بايرويت.، هناك مشكلة إضافية تتمثل في نمو الليثيوم على الأنود، ما يسمى بالتشعبات البينية، والتي تخترق الإلكتروليت ويمكن أن تؤدي إلى حدوث دائرة قصر أو نشوب حريق.
يتم التخلص من جميع هذه المخاطر أو على الأقل تقليلها بشكل كبير بواسطة مركبنا الرقيق للغاية إلكتروليت صلب ، يتمتع باستقرار حراري مرتفع.
يشير المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، الدكتور Sivaraj Pazhaniswamy ، إلى ميزة أخرى: “إذا تم استخدام إلكتروليت صلب ثابت حرارياً بدلاً من سائل إلكتروليت قابل للاشتعال ، فمن الممكن الاستفادة الكاملة من الليثيوم كمادة أنود، مقارنة بـ المواد الأخرى المستخدمة في بطاريات الإلكتروليت السائلة التقليدية ، يتمتع الليثيوم بخصائص جذابة للغاية ، مثل السعة النظرية العالية والقدرة الكهروكيميائية المنخفضة.
وأضاف “الآن وقد أدى أداء الإلكتروليت الصلب الجديد بشكل ممتاز في تفاعلاته مع الكاثود، نريد العمل على تحسين الاتصالات بين المنحل بالكهرباء والأنود باستخدام نظام مماثل.”
