حياتنا اليوم تحكمها الإلكترونيات بكافة أشكالها وأشكالها. الإلكترونيات بدورها تحكمها بطارياتها. ومع ذلك، فإن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية (LIBs)، والتي تستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية، أصبحت غير مفضلة لأن الباحثين بدأوا ينظرون إلى بطاريات الليثيوم المعدنية (LMBs) كبديل متفوق بسبب كثافة الطاقة العالية بشكل ملحوظ التي تتجاوز LIBs بترتيب من حيث الحجم. يكمن الاختلاف الرئيسي في اختيار مادة الأنود: تستخدم LIBs الجرافيت، في حين تستخدم LMBs معدن الليثيوم.
لكن مثل هذا الاختيار يأتي مع تحدياته الخاصة. ومن بين أبرزها تشكيل هياكل تشبه الإبرة على سطح أنود الليثيوم أثناء ركوب الدراجات تسمى "التشعبات" والتي تميل إلى اختراق الحاجز بين الأنود والكاثود، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي، وبالتالي مشاكل تتعلق بالسلامة. "يعتمد تكوين تشعبات الليثيوم بقوة على الطبيعة السطحية لأنودات الليثيوم. يوضح البروفيسور يونج مين لي من معهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا أن الإستراتيجية الحاسمة للأجسام LMB هي بناء واجهة فعالة للكهارل الصلبة (SEI) على سطح الليثيوم. تكنولوجيا (DGIST) الكورية المتخصصة في تصميم البطاريات.
وبناءً على ذلك، استكشف الباحثون مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات، بدءًا من الهندسة البينية ثنائية الأبعاد إلى هندسة أنود الليثيوم ثلاثية الأبعاد. وفي كل حالة، فإن حل مشكلة واحدة قد أفسح المجال لمشكلة أخرى. ومع ذلك، فإن النهج الجديد الذي يعتمد على أقطاب كهربائية مركبة من مسحوق معدن الليثيوم (LMP) يعد بالتميز. تكمن جاذبية LMP في شكلها الكروي، مما يؤدي إلى زيادة مساحة السطح وسهولة ضبط السُمك، مما يسمح بأقطاب كهربائية أوسع وأرق. ومع ذلك، لا تزال هناك مشاكل في استخدام LMP، مثل الفشل المورفولوجي الناجم عن الطبيعة المتأصلة لسطحها غير المستوي.
الآن ، في دراسة جديدة نُشرت في مواد الطاقة المتقدمة، اعتمد الدكتور لي، جنبًا إلى جنب مع باحثين من كوريا، نهجًا جديدًا حيث قاموا بزراعة LiNO3 مسبقًا في LMP نفسها أثناء عملية تصنيع القطب الكهربائي، مما سمح لهم بتصنيع أقطاب كهربائية بعرض 150 ملم تقريبًا وسمك 20 ميكرومترًا. والتي أظهرت كفاءة كولومبية قدرها 96٪.
أدت إضافة LiNO3 إلى LMP إلى تحقيق شيئين: لقد أحدثت SEI موحدًا غنيًا بـ N على سطح LMP وأدت إلى استقراره المستدام على مدار فترة طويلة من ركوب الدراجات مثل LiNO3 تم إطلاقه بشكل مطرد في المنحل بالكهرباء. في الواقع، LMBs مع LiNO3 أظهر LMP (LN-LMP) المزروع مسبقًا أداءً متميزًا في ركوب الدراجات، مع الاحتفاظ بقدرة 87% على مدار 450 دورة، متفوقًا حتى على الخلايا التي تحتوي على LiNO3- الشوارد المضافة.
يشعر البروفيسور لي بسعادة غامرة بهذه النتائج ويتحدث عن تداعياتها العملية. "نتوقع أن تكون إضافات Li المستقرة مسبقًا في قطب LMP بمثابة نقطة انطلاق نحو تسويق بطاريات Li-metal وLi-S وLi-air واسعة النطاق ذات طاقة محددة عالية ودورة حياة طويلة". هو يقول.
وفيما يتعلق البطاريات، يبدو الليثيوم لن يخرج عن الموضة في أي وقت قريب.