العربيةتصفح الكمية:0 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2023-05-25 المنشأ:محرر الموقع
مع تزايد استخدام السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة، أصبحت الحاجة إلى استكشاف بدائل لبطاريات الليثيوم أيون (LIBs) أكبر من أي وقت مضى. أحد هذه البدائل هو البطاريات المعدنية Ca. باعتباره العنصر الخامس الأكثر وفرة في القشرة الأرضية، فإن الكالسيوم متاح على نطاق واسع وغير مكلف، وله كثافة طاقة أعلى من LIBs. يُعتقد أيضًا أن خصائصه تساعد في تسريع نقل الأيونات وانتشارها في الإلكتروليتات ومواد الكاثود، مما يمنحها ميزة على بدائل LIB الأخرى مثل المغنيسيوم والزنك.
ولكن لا تزال هناك العديد من العقبات في طريق الجدوى التجارية للبطاريات المعدنية Ca. عدم وجود إلكتروليت فعال وغياب مواد الكاثود بكمية كافية من الكالسيوم2+ لقد ثبت أن قدرات التخزين هي حجر العثرة الرئيسي.
في عام 2021، قدم بعض أعضاء مجموعة البحث الحالية حلاً للمشكلة السابقة عندما اكتشفوا إلكتروليتًا جديدًا للكالسيوم (Ca) خاليًا من الفلور يعتمد على مجموعة الهيدروجين (أحادي الكاربوران). أظهر المنحل بالكهرباء أداءً كهروكيميائيًا محسنًا بشكل ملحوظ مثل الموصلية العالية والثبات الكهروكيميائي العالي.
يقول كازواكي كيسو، الأستاذ المساعد في معهد جامعة توهوكو: 'بالنسبة لبحثنا الحالي، قمنا باختبار التشغيل طويل الأمد لبطارية معدنية Ca باستخدام جسيمات متناهية الصغر من كبريتيد النحاس (CuS) وكاثود مركب من الكربون وإلكتروليت قائم على الهيدريد'. لأبحاث المواد (IMR).
وهو أيضًا معدن طبيعي، وله خصائص كهروكيميائية مناسبة. هيكلها الطبقي يمكّنها من تخزين مجموعة متنوعة من الكاتيونات، بما في ذلك الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم. تتمتع بسعة نظرية كبيرة تبلغ 560 مللي أمبير في الساعة g-1 - أعلى مرتين إلى ثلاث مرات من مواد الكاثود الحالية لبطاريات الليثيوم أيون.
من خلال الجسيمات النانوية والتركيب بمواد الكربون، تمكن كيسو وزملاؤه من إنشاء كاثود قادر على تخزين كميات كبيرة من أيونات الكالسيوم. عند استخدامها مع المنحل بالكهرباء من نوع الهيدريد، فإنها تنتج بطارية ذات أداء دوراني مستقر للغاية. حافظت البطارية النموذجية على الاحتفاظ بقدرتها بنسبة 92% على مدار 500 دورة بناءً على سعة الدورة العاشرة.
المجموعة واثقة من أن اختراقها سيساعد في تطوير الأبحاث في مجال مواد الكاثود للبطاريات المعتمدة على الكالسيوم. يقول كيسو: 'تؤكد دراستنا جدوى الأنودات المعدنية Ca للعمليات طويلة المدى، ونأمل أن تؤدي النتائج إلى تسريع عملية تطوير البطاريات المعدنية Ca'.