تعمل رغوة النيكل على تحسين أداء بطاريات الليثيوم والكبريت

قام الباحثون في جامعة شانتو ومعهد بكين للتكنولوجيا بتطوير نوع جديد من الرغوة القائمة على النيكل والمصممة للتخفيف من تأثير المكوك وتوسيع الحجم وغيرها من المشاكل التي تعاني منها بطاريات الليثيوم والكبريت، حسبما علمت FT.com. وقال ليف فوشن، كبير مؤلفي الدراسة التي اقترحت الحل، في بيان إعلامي: "إن التطوير المزدهر للسيارات الكهربائية يتطلب تقنيات تخزين الطاقة من الجيل التالي ذات كثافة طاقة عالية، وتكلفة منخفضة، وعمر طويل". "تعتبر بطاريات الليثيوم والكبريت نظامًا واعدًا لتخزين الطاقة نظرًا لكثافة الطاقة العالية جدًا وسعة النظرية الكبيرة. ومع ذلك، فهي محدودة بسبب ضعف التوصيل الإلكتروني للكبريت، وتغيرات حجم الكاثود وتأثير المكوك. وأوضح لو أن يعد تحويل متعدد الكبريتيدات أثناء الشحن والتفريغ عملية انتقال معقدة متعددة المراحل، حيث ينتشر متعدد كبريتيد الليثيوم القابل للذوبان (LiPSs) عبر الفاصل المسامي إلى القطب السالب ويتفاعل مع معدن الليثيوم لتكوين ليثيوم غير قابل للذوبان، مما يسبب "تأثير مكوك" يؤدي إلى تدهور قدرة التفريغ والتدوير وهذا أحد العيوب الرئيسية التي تعيق بشكل خطير التسويق التجاري لبطاريات الليثيوم والكبريت على نطاق واسع.
وقال لو "الكاثود الفعال" "في الوقت الحالي، يتم التغلب على عقبات بطاريات الليثيوم بشكل رئيسي من خلال تصميم الأقطاب الكهربائية والكهارل". من أجل توسيع قدرة امتصاص بولي كبريتيد الليثيوم وتعزيز توليد الكبريت النشط أثناء الشحن والتفريغ، تتكون الأقطاب الكهربائية عادة من طبقات داخلية مسامية ذات نشاط تحفيزي عالي. ووفقا للو، تم استخدام عدد من الجسيمات النانوية لأكسيد المعدن أو الهجينة العضوية وغير العضوية لشل حركة متعدد كبريتيدات الليثيوم وتسهيل امتصاصها وتحويلها. ومع ذلك، فإن هذه المواد تظهر حركية الأكسدة والاختزال البطيئة في بطاريات الليثيوم عالية الكبريت أثناء تراكمها في الطبقة البينية. وفي رأيه، يبدو أن الجمع بين المواد الكربونية والمواد الوظيفية غير العضوية يمثل استراتيجية قابلة للتطبيق للحصول على كاثودات فعالة. ومع ذلك، عادة ما يتم تغطية التركيبة الحفزية بطبقة متوسطة، مما يقلل من تحويل متعدد الكبريتيدات، مما يؤدي إلى فشل نهائي في تحقيق التآزر بين الوظيفتين. "في السنوات الأخيرة، تمت دراسة كاثودات بطاريات الليثيوم والكبريت ذات خصائص الامتزاز الكيميائي الممتازة للبولي كبريتيد والكفاءة التحفيزية العالية بشكل مكثف. ولا يزال العثور على استراتيجية قابلة للتطبيق لدمج وظائف متعددة لتسريع تحويل متعدد الكبريتيد يمثل مشكلة ملحة."
قال الباحث في رغوة النيكل إن اقتراحه يتضمن نمو 3D HsGDY أو الجرافين المستبدل بالهيدروجين، وهو نظير كربون جديد ذو بنية مستوية وخصائص فريدة، يتم وضعه على رغوة النيكل عن طريق تفاعل الاقتران بالليزر لتثبيت MoS2/Ni3S2 وتعزيز التوصيل الكهربائي. من المواد التي تحتوي على الكبريت. وقال: "إن إطار HsGDY ثلاثي الأبعاد قادر على امتصاص بولي كبريتيد الليثيوم بسرعة، بينما يعمل Ni3S2/MoS2 كمركز تفاعل ذو مقاومة منخفضة لنقل الشحنة." وخلص لو إلى أن أقطابه الكهربائية المعتمدة على النيكل- 3d hsgdy تظهر أداءً عاليًا في بطاريات الليثيوم والكبريت مع سعة محددة كبيرة واستقرار طويل المدى عند كثافات تيار عالية. لذلك، فإن تعاطي المنشطات HsGDY في الكاثود يمكن أن يعزز امتصاص وتحويل بولي كبريتيد الليثيوم في المنحل بالكهرباء، مما يوفر فكرة جديدة للحصول على بطاريات ليثيوم كبريت ذات كثافة طاقة عالية. وقال ليو: "لقد تم تسويق بطاريات الليثيوم أيون تجاريا لعقود من الزمن. وقد زادت كثافة طاقتها قليلا خلال السنوات القليلة الماضية، على الرغم من بذل الكثير من الجهود البحثية". "لا يزال البحث عن البطاريات التي تحتوي على hsgdyli-s في بداياته، وهناك حاجة إلى قدر كبير من الأبحاث لتحقيق التطبيقات العملية."
[المصدر – CKNews.com]