توصل باحثون في جامعة كامبردج للتو إلى مجموعة جديدة من المواد التي يمكن استخدامها لإنتاج بطاريات عالية القدرة ، وقد اكتشفوا أن أيونات الليثيوم يمكن أن تخترق البنية الدقيقة المعقدة لمواد أكسيد التنجستين التانتريتي بسرعات تفوق بكثير المواد الكهربائية التقليدية. وهذا يعني أنه يمكن تحقيق سرعة شحن أسرع ، وباختصار ، قد يصبح هذا الاكتشاف المفتاح لبناء الجيل التالي من بطاريات الليثيوم أيون ، ومن المتوقع أن يكمل الشحن في دقائق (بدلاً من ساعات) ، ارتفاع درجة الحرارة الخطرة.
دراسة الشكل 1: ملحوظة
16W
5O
55و ملحوظة
18W
16O
93هيكل الكريستال / مورفولوجيا الجسيمات
تم استخدام بطاريات أيونات الليثيوم باستمرار وبشكل واسع منذ التسعينات ، ولسوء الحظ ، ازدادت كثافتها من الطاقة بنسبة 3-4٪ سنوياً - أقل بكثير من توقعات السيارات الكهربائية ومصنعي الإلكترونيات الاستهلاكية.
والأهم من ذلك ، أن هذه التحسينات تأتي عادة من تحسين مواد التعبئة والتغليف ، وليس القطب نفسه ، وهذه الاستراتيجية لا تكفي لعطل آخر متأصل في تكنولوجيا البطاريات - سرعة الشحن بطيئة.
من أجل زيادة معدل الشحن ، من الضروري تسريع معدل تدفق أيونات الليثيوم المشحونة من القطب الموجب إلى القطب السالب ، وقد حاول العلماء تحقيق هذا الهدف من خلال إنشاء هياكل نانوية خاصة داخل الأقطاب الكهربائية:
تم تصميم هذا لتقليل المسافة التي تقطعها أيونات الليثيوم ، ولكن جزيئاتك خادعة ومكلفة ، كما أنها تخلق تفاعلات كيميائية غير مرغوبة تقلل من عمر البطارية.
دراسة الشكل 2: الخصائص الكهروكيميائية لمادتين
في النتائج الأخيرة من كامبريدج ، استخدم الباحثون أساليب مختلفة:
اختارت جسيمًا أكبر بهيكل صلب ومفتوح الأعمدة ، حيث تسمح هذه البنية لأيونات الليثيوم بالانتقال دون عوائق بكميات كبيرة ، مما يزيد من إنتاجها بعدة مستويات.
يمكن أن تكون مواد القطب الجديدة أيضًا بديلاً أكثر أمانًا:
يتكون القطب السالب في معظم بطاريات الليثيوم أيون من الجرافيت ، وفي الشحن عالي السرعة ، يتم تشكيل التشعبات ، خاصة البنية المجهرية لألياف الليثيوم.
يمكن أن تسبب التشعبات دارات قصيرة أو حتى حرائق في البطاريات ، لكن مواد القطب الكهربائي الجديدة في كامبردج لا تفعل ذلك.
دراسة الشكل 9: توقعات أكاسيد التنغستن ثلاثية السالب والبرونزية ، والمقارنة الكهروكيميائية مع أكاسيد السيريوم الثنائية.
البروفيسور كلير غراي ، وهي مؤلفة أبحاث كبيرة ، قالت:
في تطبيقات التعبئة السريعة ، يعد الأمان مكانًا يحتاج إلى مزيد من الاهتمام ، وهذا النوع من المواد الجديدة المحتملة يستحق المشاهدة بالتأكيد لأننا نحتاج إلى بديل أكثر أمانًا للغرانيت.
بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب عوامل النانو خطوات متعددة لتصنيعها ، مما يؤدي إلى مشكلات منخفضة للغاية في الإنتاجية والقابلية للتوسع.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن أكسيد التنجستين التنتالوم أسهل في التصنيع ولا يتطلب مواد كيميائية أو مذيبات إضافية ، وبالطبع ، ما زال أمامنا الكثير من العمل الذي يجب القيام به قبل وضعه موضع التنفيذ.
