(أخبار Nanowerk) قام باحثون من كلية هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) بتطوير بطارية ليثيوم معدنية جديدة يمكن شحنها وتفريغها 6,000 مرة على الأقل - أكثر من أي خلية بطارية أخرى في الحقيبة - ويمكن إعادة شحنها في مسألة دقائق. لا يصف البحث طريقة جديدة لصنع بطاريات الحالة الصلبة باستخدام أنود معدن الليثيوم فحسب، بل يقدم أيضًا فهمًا جديدًا للمواد المستخدمة في هذه البطاريات التي يحتمل أن تكون ثورية. يتم نشر البحث في مواد الطبيعة ("التدوير السريع لمعدن الليثيوم في بطاريات الحالة الصلبة بواسطة مواد الأنود الحساسة للانقباض"). قال شين لي، الأستاذ المساعد في علوم المواد في SEAS وكبير مؤلفي كتاب "بطاريات الأنود المعدنية الليثيوم تعتبر الكأس المقدسة للبطاريات لأنها تمتلك عشرة أضعاف قدرة أنودات الجرافيت التجارية ويمكن أن تزيد بشكل كبير من مسافة قيادة السيارات الكهربائية". الورقة. "يعد بحثنا خطوة مهمة نحو بطاريات الحالة الصلبة الأكثر عملية للتطبيقات الصناعية والتجارية." أحد أكبر التحديات في تصميم هذه البطاريات هو تكوين التشعبات على سطح الأنود. تنمو هذه الهياكل مثل الجذور في المنحل بالكهرباء وتخترق الحاجز الذي يفصل بين الأنود والكاثود، مما يتسبب في قصر البطارية أو حتى اشتعال النيران. تتشكل هذه التشعبات عندما تنتقل أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود أثناء الشحن، وتلتصق بسطح الأنود في عملية تسمى الطلاء. يؤدي الطلاء على الأنود إلى إنشاء سطح غير مستو وغير متجانس، مثل البلاك على الأسنان، ويسمح للتشعبات بالتجذر. عند تفريغها، يجب إزالة هذا الطلاء الذي يشبه البلاك من الأنود، وعندما يكون الطلاء غير متساوٍ، يمكن أن تكون عملية التجريد بطيئة وتؤدي إلى حفر تؤدي إلى المزيد من الطلاء غير المتساوي في الشحنة التالية. في عام 2021، قدم لي وفريقه طريقة واحدة للتعامل مع التشعبات من خلال تصميم بطارية متعددة الطبقات تضع مواد مختلفة ذات ثباتات متفاوتة بين الأنود والكاثود (الطبيعة, "استراتيجية تصميم الاستقرار الديناميكي لبطاريات الحالة الصلبة المصنوعة من معدن الليثيوم"). لقد منع هذا التصميم متعدد الطبقات والمواد من اختراق تشعبات الليثيوم، ليس عن طريق إيقافها تمامًا، بل عن طريق التحكم فيها واحتوائها. في هذا البحث الجديد، أوقف لي وفريقه التشعبات من التشكل باستخدام جزيئات السيليكون بحجم ميكرون في الأنود لتقليص تفاعل الليثيوم وتسهيل الطلاء المتجانس لطبقة سميكة من معدن الليثيوم. في هذا التصميم، عندما تنتقل أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود أثناء الشحن، يكون تفاعل الليثيوم مقيدًا على السطح الضحل وتلتصق الأيونات بسطح جسيم السيليكون ولكنها لا تخترق أكثر. وهذا يختلف بشكل ملحوظ عن كيمياء بطاريات أيونات الليثيوم السائلة التي تخترق فيها أيونات الليثيوم من خلال تفاعل الليثيوم العميق وتدمر في النهاية جزيئات السيليكون في الأنود. ولكن، في بطارية الحالة الصلبة، تنقبض الأيونات الموجودة على سطح السيليكون وتخضع لعملية الليثيوم الديناميكية لتشكيل طلاء معدن الليثيوم حول قلب السيليكون. وقال لي: "في تصميمنا، يتم لف معدن الليثيوم حول جزيء السيليكون، مثل قشرة الشوكولاتة الصلبة حول قلب البندق في كمأة الشوكولاتة". تخلق هذه الجسيمات المطلية سطحًا متجانسًا يتم توزيع كثافة التيار عبره بالتساوي، مما يمنع نمو التشعبات. ونظرًا لأن الطلاء والتجريد يمكن أن يحدث بسرعة على سطح مستو، فيمكن إعادة شحن البطارية خلال 10 دقائق فقط. قام الباحثون ببناء نسخة من الخلية بحجم ختم البريد للبطارية، وهي أكبر بـ 10 إلى 20 مرة من الخلية المعدنية المصنوعة في معظم مختبرات الجامعات. واحتفظت البطارية بنسبة 80% من سعتها بعد 6,000 دورة، متفوقة على البطاريات الخلوية الأخرى الموجودة في السوق اليوم. وقد تم ترخيص هذه التكنولوجيا من خلال مكتب هارفارد لتطوير التكنولوجيا لشركة Adden Energy، وهي شركة فرعية من جامعة هارفارد شارك في تأسيسها لي وثلاثة من خريجي جامعة هارفارد. وقامت الشركة بتوسيع نطاق التكنولوجيا لبناء بطارية خلوية بحجم الهاتف الذكي. قام لي وفريقه أيضًا بوصف الخصائص التي تسمح للسيليكون بتقليص انتشار الليثيوم لتسهيل العملية الديناميكية التي تفضل الطلاء المتجانس للليثيوم السميك. ثم قاموا بتحديد واصف خاصية فريدة لوصف مثل هذه العملية وحسابها لجميع المواد غير العضوية المعروفة. ومن خلال القيام بذلك، كشف الفريق عن العشرات من المواد الأخرى التي من المحتمل أن تؤدي إلى أداء مماثل. وقال لي: "لقد وجدت الأبحاث السابقة أن المواد الأخرى، بما في ذلك الفضة، يمكن أن تكون بمثابة مواد جيدة في القطب الموجب لبطاريات الحالة الصلبة". "يشرح بحثنا إحدى الآليات الأساسية المحتملة للعملية ويوفر طريقًا لتحديد مواد جديدة لتصميم البطارية."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64362.php