تقدم جديد في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم يتيح كثافة طاقة تصل إلى 700 واط ساعة لكل كيلوجرام

نجح فريق بحثي صيني في التغلب على القيود الحركية المستمرة في إلكتروليتات بطاريات الليثيوم من خلال تصميم وتصنيع سلسلة من أنظمة الإلكتروليت الجديدة المعتمدة على المذيبات الهيدروكربونية المفلورة، مما يتيح لبطاريات الليثيوم تحقيق كثافة طاقة تصل إلى 700 واط ساعة لكل كيلوجرام.

تم إنجاز هذا البحث بشكل مشترك من قبل فرق يقودها البروفيسور تشاو تشينغ من كلية الكيمياء في جامعة نانكاي، والأكاديمي تشن جون، نائب الرئيس التنفيذي لجامعة نانكاي، والباحث لي يونغ من معهد شنغهاي لمصادر الطاقة الفضائية. تم نشر النتائج عبر الإنترنت في المجلة الدولية "ناتشر" في 25 فبراير.

كما أفادت وكالة أنباء شينخوا، تتكون إلكتروليتات بطاريات الليثيوم التجارية عادة من أملاح الليثيوم ومذيبات كربونات الإستر، حيث تعزز التفاعلات الأيونية-ثنائي القطب بين الليثيوم وذرة الأكسجين في مذيبات كربونات الإستر ذوبان أملاح الليثيوم. ومع ذلك، فإن هذه المذيبات لها قابلية رطوبة ضعيفة وتتطلب كميات كبيرة، مما يجعل من الصعب زيادة كثافة الطاقة في البطارية أكثر. بالإضافة إلى ذلك، تعيق التفاعلات القوية نقل الشحنات عند الواجهات، مما يحد من الأداء في درجات الحرارة المنخفضة - حيث تكافح البطاريات عادة للعمل تحت -50 درجة مئوية

لمعالجة هذه القيود، قام فريق البحث بتصميم وتصنيع سلسلة من جزيئات المذيبات الهيدروكربونية المفلورة الجديدة، مما حقق ذوبانًا فعالًا لأملاح الليثيوم في الإلكتروليت واستبدال نمط التنسيق التقليدي لليثيوم والأكسجين بنجاح. مقارنةً بأنظمة الإلكتروليت التقليدية المنسقة بالأكسجين، توفر المذيبات الهيدروكربونية المفلورة قابلية رطوبة وكفاءة استخدام متفوقة، مما يقلل بشكل كبير من الكمية المطلوبة من الإلكتروليت. علاوة على ذلك، تمكن التنسيق الأضعف بين الليثيوم والفلور من عمليات نقل شحنات سريعة حتى في درجات الحرارة المنخفضة.

باستخدام نظام الإلكتروليت الجديد هذا، قام الفريق بتطوير بطاريات ليثيوم ذات طاقة نوعية عالية للغاية تبلغ 700 واط ساعة لكل كيلوجرام في درجة حرارة الغرفة. تحافظ هذه البطاريات على كثافة طاقة عالية تصل إلى حوالي 400 واط ساعة لكل كيلوجرام حتى في بيئات باردة تصل إلى -50 درجة مئوية.

وشرح تشاو تشينغ أن السر في تحقيق ذوبان أملاح الليثيوم من خلال تنسيق الفلور يكمن في تنظيم كثافة الإلكترون لذرات الفلور والعوائق المكانية لجزيئات المذيب. تحتوي بطاريات الليثيوم المعتمدة على هذا الإلكتروليت على مزايا مثل الطاقة النوعية العالية وتحمل درجات الحرارة المنخفضة.

قال تشن جون: "للبطاريات العالية الطاقة المستندة إلى هذا الإلكتروليت إمكانيات تطبيق واسعة في سيارات الطاقة الجديدة، وروبوتات ذكية متجسدة، واقتصاديات الارتفاع المنخفض، بالإضافة إلى المناطق شديدة البرودة والتطبيقات الفضائية."

تعليق المحرر

حاليًا، تتمتع بطارية كاتل Qilin، التي تعتبر بطارية ليثيوم ثنائية، بكثافة طاقة نظامية تتراوح بين 250 واط ساعة لكل كيلوجرام و255 واط ساعة لكل كيلوجرام. يُعتبر هذا الرقم بشكل واسع هو الحد الأقصى الحالي لكثافة طاقة بطاريات الليثيوم.

قد تشير كثافة الطاقة البالغة 700 واط ساعة لكل كيلوجرام فقط إلى الخلية نفسها، ولكنها ستعزز بشكل كبير كثافة طاقة النظام الإجمالية. بعد كل شيء، لم تتجاوز البطاريات الصلبة التي لا تزال قيد التطوير حاليًا 400 واط ساعة لكل كيلوجرام. من العfair أن نقول إن هذا البحث قد رفع كثافة الطاقة للبطاريات التقليدية من الليثيوم إلى مستوى التكنولوجيا الحالية للبطاريات الصلبة.

إذا تم تطبيق أحدث أبحاث العلماء الصينيين بسرعة، فقد ترفع كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم غير الصلبة إلى مستوى أعلى.