تكنولوجيا البطاريات الثورية الجديدة لديها القدرة على زيادة نطاق السيارات الكهربائية.

تم إنشاء مادة أنود جديدة من قبل الباحثين لديها القدرة على زيادة نطاق السيارات الكهربائية بمقدار عشر مرات على الأقل. تتوسع صناعة السيارات الكهربائية بسرعة ، حيث تجاوزت المبيعات 1 تريليون دولار في عام 2022 وتم بيع أكثر من 108000 وحدة محليا. نتيجة لذلك ، هناك حاجة متزايدة للبطاريات عالية السعة التي يمكنها توسيع نطاق السيارات الكهربائية. لمعالجة هذا الأمر ، ابتكر فريق من الباحثين من POSTECH وجامعة Sogang مادة أنود جديدة باستخدام مادة رابطة بوليمرية وظيفية.

ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Advanced Functional Materials تحت عنوان “طبقات البوليمرات المشحونة تمكن من تمكين أنودات بطارية عالية السعة عالية التكامل. يعد وجود أنودات عالية السعة أمرا بالغ الأهمية لإنتاج مادة مستقرة.

قاد الأستاذان سوجين بارك ويون سو كيم من POSTECH ، جنبا إلى جنب مع البروفيسور Jaegeon Ryu من Sogang ، فريقا يهدف إلى زيادة نطاق السيارات الكهربائية من خلال تطوير أنودات عالية السعة. لقد حققوا ذلك من خلال إنشاء مادة رابطة بوليمرية مشحونة لمادة الأنود ، والتي كانت مستقرة وموثوقة ولديها سعة أكبر بعشر مرات على الأقل من أنودات الجرافيت التقليدية. تم تحقيق ذلك من خلال الجمع بين أنود Si والبوليمرات المشحونة بالطبقات ، والحفاظ على الاستقرار والموثوقية.

تعتبر مواد الأنود عالية السعة ، مثل السيليكون ، ضرورية لتعزيز نطاق السيارات الكهربائية لأنها تخلق بطاريات ليثيوم أيون عالية الكثافة ، مما يوفر ما لا يقل عن عشرة أضعاف سعة مواد الأنود الأخرى المتاحة مثل الجرافيت.

ومع ذلك ، كان أحد التحديات التي واجهها الباحثون هو التوسع في حجم مواد الأنود عالية السعة أثناء التفاعل مع الليثيوم ، مما قد يهدد أداء البطارية واستقرارها. للتغلب على هذا ، قاموا بالتحقيق في روابط البوليمر التي يمكن أن تتحكم بشكل فعال في التوسع الحجمي.

ما هي الطرق التي يمكن من خلالها استخدام الهيدروجين لتعزيز نطاق السيارات الكهربائية؟

ركزت الأبحاث السابقة حول البطاريات وكثافة الطاقة بشكل أساسي على التشابك الكيميائي والترابط الهيدروجيني. يتضمن التشابك الكيميائي الترابط التساهمي ، مما يجعل جزيئات الموثق صلبة ، ولكن لها عيب – لا يمكن استعادة الروابط بمجرد كسرها. من ناحية أخرى ، فإن الرابطة الهيدروجينية هي رابطة ثانوية قابلة للانعكاس بين الجزيئات بناء على اختلافات السالبية الكهربية ، لكنها ضعيفة نسبيا (10-65 كيلو جول / مول).

ومع ذلك ، فقد تم تطوير بوليمر جديد يزيد من نطاق السيارات الكهربائية من خلال استخدام كل من الترابط الهيدروجيني وقوى كولومبيك ، والتي تتمتع بقوة أعلى بكثير تبلغ 250 كيلو جول / مول. هذه القوى قابلة للانعكاس ، مما يجعل من السهل التحكم في التمدد الحجمي. ترتبط البوليمرات المشحونة بالطبقات بشكل فعال مع السطح سالب الشحنة لمواد الأنود عالية السعة من خلال صففها بالتناوب مع الشحنات الموجبة والسالبة. بالإضافة إلى ذلك ، تم إدخال البولي إيثيلين جلايكول لتنظيم الخواص الفيزيائية وتسهيل انتشار Li-ion ، مما أدى إلى قطب كهربائي سميك عالي السعة وكثافة طاقة قصوى.

يعتقد البروفيسور سوجين بارك أن هذا البحث لديه القدرة على زيادة كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير ، مما سيوسع نطاق السيارات الكهربائية. يمكن أن تزيد مواد الأنود القائمة على السيليكون من نطاق القيادة عشرة أضعاف على الأقل.

#electriccars #EVs #batteries #anodematerials #highcapacitybatteries #energydensity