طور فريق دولي من الباحثين بقيادة جامعة ستانفورد بطاريات قابلة لإعادة الشحن يمكنها تخزين ما يصل إلى ستة أضعاف الشحنة من البطاريات المتاحة تجاريًا حاليًا.
يمكن أن يسرع استخدام البطاريات القابلة لإعادة الشحن ويضع الباحثين في مجال البطاريات خطوة واحدة نحو تحقيق هدفين معلنين في مجالهم: إنشاء بطارية قابلة لإعادة الشحن عالية الأداء يمكن أن تُشحن الهواتف المحمولة مرة واحدة فقط في الأسبوع بدلاً من السيارات اليومية والكهربائية التي يمكنه السفر لمسافة أبعد ست مرات دون إعادة شحن.
تعتمد ما يسمى ببطاريات الكلور المعدني القلوي الجديدة ، التي طورها فريق من الباحثين بقيادة أستاذ الكيمياء في جامعة ستانفورد Hongjie Dai ومرشح الدكتوراه Guanzhou Zhu ، على التحويل الكيميائي ذهابًا وإيابًا لكلوريد الصوديوم (Na / Cl2) أو كلوريد الليثيوم (Li / Cl2) للكلور.
عندما تنتقل الإلكترونات من جانب واحد من بطارية قابلة لإعادة الشحن إلى الجانب الآخر ، فإن إعادة الشحن تعيد الكيمياء إلى حالتها الأصلية في انتظار استخدام آخر. البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن ليس لديها مثل هذا الحظ. بمجرد استنزافها ، لا يمكن استعادة الكيمياء الخاصة بهم.
"البطارية القابلة لإعادة الشحن تشبه إلى حد ما الكرسي الهزاز. إنه يميل في اتجاه واحد ، ولكن بعد ذلك يعود إلى الصخور عند إضافة الكهرباء ، "أوضح داي. "ما لدينا هنا هو كرسي هزاز مرتفع."
اكتشاف مصادفة
السبب في عدم ابتكار أي شخص لبطارية عالية الأداء قابلة لإعادة الشحن من الصوديوم والكلور أو بطارية ليثيوم كلور هو أن الكلور شديد التفاعل ويصعب تحويله مرة أخرى إلى كلوريد بكفاءة عالية. في الحالات القليلة التي تمكن فيها الآخرون من تحقيق درجة معينة من إعادة الشحن ، ثبت أن أداء البطارية ضعيف.
في الواقع ، لم يشرع Dai و Zhu في إنشاء بطارية قابلة لإعادة الشحن من الصوديوم والليثيوم كلور على الإطلاق ، ولكن لمجرد تحسين تقنيات البطاريات الحالية باستخدام كلوريد الثيونيل. هذه المادة الكيميائية هي أحد المكونات الرئيسية لبطاريات الليثيوم-ثيونيل كلوريد ، وهي نوع شائع من البطاريات أحادية الاستخدام التي تم اختراعها لأول مرة في السبعينيات.
ولكن في إحدى تجاربهم المبكرة التي شملت الكلور وكلوريد الصوديوم ، لاحظ باحثو جامعة ستانفورد أن تحويل مادة كيميائية إلى أخرى قد استقر بطريقة ما ، مما أدى إلى بعض القابلية لإعادة الشحن. قال داي: "لم أكن أعتقد أن ذلك ممكن". "لقد استغرق الأمر منا حوالي عام على الأقل لندرك حقًا ما كان يحدث."
على مدى السنوات العديدة التالية ، أوضح الفريق الكيمياء العكسية وسعى إلى طرق لجعلها أكثر كفاءة من خلال تجربة العديد من المواد المختلفة للإلكترود الموجب للبطارية. جاء الاختراق الكبير عندما قاموا بتشكيل القطب باستخدام مادة كربونية مسامية متقدمة من المتعاونين البروفيسور يوان ياو لي وتلميذه هونغ تشون تاي من جامعة تشونغ تشنغ الوطنية في تايوان. تحتوي مادة الكربون على بنية نانوية مملوءة بالعديد من المسام بالغة الصغر. في الممارسة العملية ، تعمل هذه الكرات المجوفة مثل الإسفنج ، حيث تقوم بامتصاص كميات وفيرة من جزيئات الكلور الحساسة وتخزينها لتحويلها لاحقًا إلى ملح داخل المسام الدقيقة.
وأوضح تشو أن "جزيء الكلور يتم احتجازه وحمايته في المسام الدقيقة للأغلفة النانوية الكربونية عندما يتم شحن البطارية". "بعد ذلك ، عندما تحتاج البطارية إلى التصريف أو التفريغ ، يمكننا تفريغ البطارية وتحويل الكلور لصنع NaCl - ملح الطعام - وتكرار هذه العملية على مدار عدة دورات. يمكننا استخدام ما يصل إلى 200 مرة حاليًا ولا يزال هناك مجال للتحسين ".
والنتيجة هي خطوة نحو الحلقة النحاسية لتصميم البطارية - كثافة طاقة عالية. حقق الباحثون حتى الآن 1,200 مللي أمبير لكل جرام من مادة القطب الموجب ، في حين أن قدرة بطارية الليثيوم أيون التجارية اليوم تصل إلى 200 مللي أمبير لكل جرام. قال تشو: "لدينا قدرة أعلى بست مرات على الأقل".
يتصور الباحثون أن بطارياتهم تستخدم يومًا ما في المواقف التي لا يكون فيها إعادة الشحن المتكرر أمرًا عمليًا أو مرغوبًا فيه ، كما هو الحال في الأقمار الصناعية أو أجهزة الاستشعار عن بُعد. العديد من الأقمار الصناعية التي يمكن استخدامها تطفو الآن في المدار ، عفا عليها الزمن بسبب نفاد بطارياتها. يمكن تزويد الأقمار الصناعية المستقبلية المجهزة ببطاريات قابلة لإعادة الشحن طويلة العمر بشواحن شمسية ، مما يزيد من فائدتها عدة مرات.
في الوقت الحالي ، قد يظل النموذج الأولي العامل الذي طوروه مناسبًا للاستخدام في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة اليومية مثل المعينات السمعية أو أجهزة التحكم عن بُعد. للإلكترونيات الاستهلاكية أو السيارات الكهربائية، لا يزال هناك الكثير من العمل لهندسة هيكل البطارية ، وزيادة كثافة الطاقة ، وتوسيع نطاق البطاريات وزيادة عدد الدورات.
مكتب ELE Times
توفر ELE Times تغطية عالمية شاملة للإلكترونيات، تكنولوجيا والسوق. بالإضافة إلى تقديم مقالات متعمقة، تجتذب ELE Times أكبر الجماهير المؤهلة والأكثر تفاعلاً في الصناعة، والذين يقدرون المحتوى المناسب والتنسيقات الشائعة التي نقدمها في الوقت المناسب. تساعدك ELE Times على بناء الوعي وزيادة حركة المرور وتوصيل عروضك إلى الجمهور المناسب وجذب العملاء المحتملين وبيع منتجاتك بشكل أفضل.
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminتعزيز إلى 'Atmanirbhar Bharat' في الدفاع
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminبطارية قابلة للتمدد تعمل بالعرق تم تطويرها لتقنية يمكن ارتداؤها
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminتطوير نظام إدارة الهوية والوصول الذكي للسيارة (IAM)
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminشركة نورتون للأمن السيبراني تشتري شركة Avast مقابل أكثر من 8 مليارات دولار