علم

يمكن لهذه البطاريات تخزين طاقة أكثر بخمس مرات من خلال محاكاة أمعاء الإنسان

يمكن لهذه البطاريات تخزين طاقة أكثر بخمس مرات من خلال محاكاة أمعاء الإنسان


ابتكر باحثون من جامعة كامبريدج نوعًا جديدًا من البطاريات يعد بتخزين أطول بفضل تصميمها المستوحى من الأمعاء.

يستخدم النموذج الأولي خلية بطارية ليثيوم-كبريت بدلاً من نوع ليثيوم أيون التقليدي. هذا من شأنه أن يجعل البطاريات كثيفة الطاقة بدرجة كافية لتستمر في الاستخدام المكثف.

[الصورة بإذن من تنغ تشاو / جامعة كامبريدج]

اليوم ، يعد الليثيوم أيون أسرع بطاريات كيميائية نموًا واعدة. لكن نوعًا من بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن كان له الأسبقية في السنوات الأخيرة. هم انهم بطارية ليثيوم - كبريت (كبريت).

ومع ذلك ، فإن بطاريات الليثيوم الكبريت تميل إلى التدهور بسرعة. للتغلب على هذه العقبة ، صمم الباحثون الجيل التالي من بطاريات الليثيوم الكبريتية بما يصل إلى خمسة أضعاف كثافة الطاقة في أيون الليثيوم عن طريق محاكاة بنية الخلايا التي تمتص العناصر الغذائية.

قام قسم كامبريدج لعلوم المواد والباحثين في المعادن تحت إشراف الدكتور فاسانت كومار ، بالشراكة مع معهد بكين للتكنولوجيا ، بتطوير واختبار مادة ذات بنية نانوية خفيفة الوزن تشبه الزغب. في جسم الإنسان ، الزغابات المعوية عبارة عن نتوءات عديدة تشبه الخيوط تغطي سطح الغشاء المخاطي الذي يبطن الأمعاء الدقيقة. تمتص الزغب السوائل والعناصر الغذائية أثناء الهضم.

تعمل بطاريات الليثيوم والكبريت على إذابة وانتشار polysulfides في الإلكتروليتات العضوية السائلة التي تعيق تخزين الطاقة. لفخ وإعادة استخدام polysulfides دون تقييد موصلية أيون الليثيوم ، يتم وضع طبقة تشبه الفرشاة مستوحاة من الحيوية وتتكون من أسلاك نانوية من أكسيد الزنك (ZnO) وأطر موصلة مترابطة تشبه بنية الزغابات ، على سطح أحد الزغابات أقطاب البطارية.

الهيكل الأساسي لبطارية ليثيوم أيون:

ويتكون من ثلاثة مكونات: القطب الموجب (القطب السالب) والقطب السالب (القطب الموجب) والإلكتروليت في المنتصف. المواد الهيكلية العامة للأنود هي الجرافيت وأكسيد الكوبالت الليثيوم للكاثود. من خلال المنحل بالكهرباء ، تتحرك أيونات الليثيوم موجبة الشحنة ذهابًا وإيابًا من القطب السالب إلى القطب الموجب. ومع ذلك ، فإن التركيب البلوري لمواد القطب الكهربائي يحدد مقدار الطاقة التي يمكن ضغطها في البطارية.

التصميم:

تتكون طبقات الزغابات من أسلاك نانوية أحادية البعد من أكسيد الزنك. هذه تشكل رابطة كيميائية قوية جدا مع البولي سلفيدات. يسمح ذلك باستخدام المادة الفعالة لفترة أطول ، وبالتالي زيادة عمر البطارية. تعمل مساحة السطح المرتفعة على تثبيت المادة الفعالة في إطار موصل يجعلها قابلة لإعادة الاستخدام.

أجرى الفريق تجارب على رغوة النيكل الكبيرة المسامية المتوفرة تجاريًا كعمود فقري موصل. في وقت لاحق من أجل التطبيقات العملية ، تم استبدال الرغوة بغطاء نانوي فائق الخفة من الكربون (C) لتقليل الوزن الإجمالي للبطارية.

على الرغم من تحسين شحن البطارية وتفريغها ، إلا أنها لا تزال غير قادرة على اجتياز العديد من دورات الشحن مثل بطارية ليثيوم أيون. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتاج بطارية ليثيوم-الكبريت إلى الشحن مثل بطارية ليثيوم أيون نظرًا لأن الزيادة في كثافة الطاقة تلغي العدد الإجمالي الأقل لدورات تفريغ الشحن. تم تصميم البطاريات لغرض البحث. ومع ذلك ، لا تزال بطاريات الليثيوم-الكبريت المتوفرة تجارياً على بعد سنوات.

انظر أيضًا: حافظة هاتف مضيئة لا تصدق تتضمن بطارية تدوم عامين

"إنها شيء صغير ، هذه الطبقة ، لكنها مهمة. قال المؤلف المشارك في الدراسة الدكتور بول كوكسون من قسم علوم المواد والميتا في كامبريدج ، إن هذا يقطع بنا شوطًا طويلاً عبر عنق الزجاجة الذي يمنع تطوير بطاريات أفضل.

لمعرفة المزيد من التفاصيل راجعمواد وظيفية متقدمة.

عبر جامعة كامبريدج

بقلم Alekhya Sai Punnamaraju


شاهد الفيديو: لماذا تتلف بسرعة البطاريات المستخدمة مع الانفيرتر في منظومة الخلايا الشمسية