الشبكة اليمنية للعلوم والبيئة (يمن ساينس) موقع يهتم بأخبار العلوم والتكنولوجيا والصحة والبيئة والسكان
مقالات مشابهة
في سعيها لتطوير بطاريات جديدة تخدم السيارات الكهربائية والأجهزة المحمولة وتخزين الطاقة المتجددة، استكشف باحثون مواد وتصاميم وتكوينات وكيمياء جديدة، ولكن أحد الجوانب – وهو نسيج المعادن المستخدمة – تم تجاهله تاريخياً. قالت البروفيسورة شيرلي مينغ، أستاذة الهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو: “تتمتع المعادن الناعمة مثل الليثيوم والصوديوم بخصائص ممتازة تجعلها مثالية كأقطاب سالبة في البطاريات، حيث يعتبر الليثيوم مادة القطب المثالي لبطاريات الشحن العالية الطاقة في المستقبل.” وتشير إلى وجود فجوة في فهم اتجاه الحبيبات، المعروف أيضًا بالنسيج، وكيف يؤثر هذا العامل على أداء بطاريات المعادن القابلة للشحن.
وبادرت ورقة جديدة من مختبر مينغ لتخزين الطاقة والتحويل بالشراكة مع شركة ثيرمو فيشر ساينتيفيك إلى كسر هذه الحواجز، حيث أثبتت أن تحسين نسيج المعدن أدى إلى تحسين كبير في الأداء. تم نشر العمل اليوم في مجلة “جول”. قال البروفيسور المساعد مينغهاو تشانغ، المؤلف الرئيسي للدراسة: “اكتشفنا في عملنا أن إضافة طبقة رقيقة من السيليكون بين الليثيوم المعدني وجامع التيار يساعد في خلق النسيج المطلوب.” وقد أدى هذا التغيير إلى تحسين قدرة البطارية على الشحن بمعدل يقارب عشرة أضعاف في البطاريات الصلبة بالكامل التي تستخدم الليثيوم المعدني.
يعد النسيج المثالي لقطب البطارية هو ذلك الذي يمكن فيه للذرات التحرك بسرعة على طول سطحها. تساعد هذه الحركة السريعة البطارية في الشحن والتفريغ بشكل أسرع. قال تشانغ: “أدركنا أن الاختلافات في طاقة سطح المعادن الناعمة يمكن أن تؤثر حقاً على طريقة تشكيل النسيج.”
تطلبت هذه الأبحاث التغلب على عقبة في تقنية المجهر. قام الفريق بدمج الطحن ضمن مجهر المسح الإلكتروني بواسطة شعاع أيوني مركّز مع رسم خرائط الارتداد الإلكتروني. تتيح هاتان التقنيتان دراسة النسيج بطرق جديدة. أوضح زاو ليو، أحد مؤلفي الدراسة ومدير تطوير السوق في ثيرمو فيشر ساينتيفيك: “تجمع هذه الطريقة بين الوصول الفعاّل إلى المناطق المثيرة للاهتمام وإنتاج سطح عالي الجودة مع الحد الأدنى من العيوب.”
تعاون الفريق مع مختبر الأبحاث في شركة LG Energy Solution، التي ستعمل على تسويق هذه التقنية. قال لي جونغ بيوم، باحث أول في الشركة: “نسعى بنشاط لإجراء تعاونات بحثية للبقاء في الطليعة في سوق البطاريات.”
التحدي التالي للباحثين هو خفض الضغط المستخدم خلال الاختبار من 5 ميغاباسكال إلى 1 ميغاباسكال، وهو المعيار الحالي للبطاريات المتاحة تجاريًا. يخططون أيضًا لدراسة تأثير النسيج على الصوديوم، الذي تدرسه مينغ كبديل رخيص ومتوافر لليثيوم. قال تشانغ: “لأننا نفهم الآن كيفية تشكيل النسيج في المعادن الناعمة، نتوقع أن الليثيوم المعدني يفضل الحصول على نسيج يمكنه من الانتشار الذري السريع.” وهذا يعني أن استخدام الصوديوم كقطب للبطارية في البطاريات الصلبة بالكامل قد يؤدي إلى تقدم كبير في تخزين الطاقة في المستقبل.
