بطاريات بالسكر والكلور والكربون. كيف وأين سنخزن الطاقة في المستقبل

الهواتف والسيارات الكهربائية والمحطات الفضائية - لتشغيل كل هذه الأجهزة تحتاج إلى جودة عالية وقوية و

بطاريات موثوقة تدوم للآلافدورات الشحن والتفريغ. ولتلبية هذه الاحتياجات، يقوم المهندسون والعلماء بإنشاء بطاريات غير عادية، مثل تلك التي تحتوي على معادن قلوية أو سكر أو كربون.

كيف ستعمل بطارية المستقبل؟

فريق دولي من العلماء بقيادةقام دارين خان وبمشاركة مهندسي إل جي بتطوير بطارية ذات حالة صلبة عالية الأداء مع أنود مصنوع من السيليكون النقي. سميت ببطارية المستقبل لأن خصائصها تفوق كل نظائرها.

لإنشاء مثل هذه البطارية ، المؤلفينالجمع بين طريقتين لإنتاج بطاريات للسيارات الكهربائية ، لذلك تحتوي البطارية على إلكتروليت صلب وأنود سيليكون. تم اختبار البطارية الناتجة بواسطة فريق دولي وتأكد من سلامتها.

ويمكن استخدامه أيضًا ليس فقط في السيارات الكهربائية، ولكن أيضًا في الشبكات الكهربائية.

لماذا يطور العلماء باستمرار أنواعًا جديدة من البطاريات؟ ما الخطأ في تلك التي نستخدمها اليوم؟

Чаще всего мы используем литий-ионные батареи, их يمكن العثور عليها في كل مكان: في الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات. هذه البطاريات بعيدة كل البعد عن المثالية: فهي قادرة على تخزين الطاقة لفترة طويلة وبكميات كبيرة، ولكنها تبلى بسرعة، وتتطلب أيضًا درجة حرارة أثناء الاستخدام ولا يمكنها تحمل الاهتزازات المنتظمة والقوية. ويؤثر هذا الأخير على التشغيل، على سبيل المثال، في السيارات الكهربائية.

المشكلة هي أن التركيب البلورييتم تغيير بطاريات الليثيوم أيون مع كل دورة شحن وتفريغ. هذا يعني أن ترتيب الذرات ، الذي قدم الأداء المطلوب في البداية ، يصبح مختلفًا.

يحدث التآكل أيضًا في البطارية.يتم توصيل كل قطب كهربائي بمجمع تيار ، وعادة ما يكون معدنًا مثل النحاس للقطب الموجب والألمنيوم للكاثود. إذا بدأ عنصر التوصيل هذا في التدهور والانهيار ، فإن سطح المجمع الحالي سيتشوه أيضًا. لذلك ، إذا تعرض المعدن للتآكل ، فلن يتمكن من تحريك الإلكترونات بكفاءة.

مشكلة أخرى تتعلق بالبطاريات الحديثة هي المادةالتي صنعوا منها. يستخدم معظمهم الكوبالت - 60% من إمدادات الكوبالت في العالم تأتي من الكونغو، وبالتالي فإن اعتماد السوق مرتفع للغاية وقد يعاني الإنتاج العالمي بسبب مشاكل الاستيراد.

إذا كانت بطاريات الليثيوم أيون لا تعمل بشكل جيد ، فهل سيتم استبدالها بأحدث بطاريات أنود السيليكون؟

نعم ، لكن الأمر ليس بهذه البساطة.أي تقنية لها عيوبها. اليوم ، يتم استخدام بطاريات أنود السيليكون ، على سبيل المثال ، في تسلا. وفقًا لإيلون ماسك ، يساعد السيليكون الموجود في بطاريات السيارات الكهربائية على زيادة النطاق بنسبة 6٪. أيضًا ، تتمتع هذه البطاريات بسعة محددة أعلى نسبيًا - تبلغ حوالي 3600 مللي أمبير * ساعة / جم.

ولكن هناك أيضًا مشاكل:على سبيل المثال، هذا النوع من الأنود غير مستقر وبالتالي يمكن أن يكون خطيرًا أثناء التشغيل. إذا لامس إلكتروليتًا سائلًا، فإن السيليكون لا يقوم بعمل جيد في تخزين الطاقة. وفي هذه الحالة يفقد المحرك الكهربائي قوته. وهذا هو السبب في أن البطاريات اليوم ليست مصنوعة بالكامل من السيليكون. وإذا كانت نسبته صغيرة، فإن نمو الإنتاجية يظل في حده الأدنى.

ما البطاريات الأخرى التي قد تظهر في أجهزتنا في المستقبل؟

• بطارية ليثيوم كربون

المهندسين مع Mahleابتكرت شركة Allotrope Energy المصنعة للبطاريات بنية جديدة لبطاريات الليثيوم الكربونية تعتمد على المكثفات الفائقة. البطارية الجديدة مصنوعة من أنود عالي السرعة مع كاثود. يتم فصل كلا الجزأين بواسطة إلكتروليت عضوي. يمكنه شحن المكثفات الفائقة بسرعة وتخزين الطاقة بكثافة عالية. تمكن المطورون من شحن دراجة بخارية كهربائية في 90 ثانية.

• بطارية ليثيوم كبريت بالسكر

ابتكر مؤلفو عمل علمي آخر الليثيوم-الكبريتالبطارية والسكر المستخدم لجعله أكثر استقرارًا. يمكن لبعض المواد القائمة على السكر أن تمنع تدهور الرواسب الجيولوجية وتحافظ أيضًا على روابط قوية بين الكبريتيدات. نتيجة لذلك ، أظهرت البطارية التي تحتوي على السكر قدرة تبلغ حوالي 700 مللي أمبير / جرام وأكثر من 1000 دورة.

• بطارية الكلور المعدنية القلوية

باحثون في جامعة ستانفوردطورت بطارية كلور فلز قلوي: تعتمد على التحويل الكيميائي العكسي لكلوريد الصوديوم (Na / Cl2) أو كلوريد الليثيوم (Li / Cl2) إلى الكلور. أظهرت الخلية الناتجة قدرة تفريغ عالية إلى حد ما - 2800 مللي أمبير * ساعة / غرام من الكاثود. ولكن بعد الدورة الأولى من الاستخدام ، انخفضت السعة إلى النصف. على الرغم من ذلك ، كان أداء البطارية جيدًا.

بطاريات المستقبل ستُصنع منهامواد شائعة وقابلة لإعادة التدوير بسهولة، وستبدأ أيضًا في تخزين الطاقة بكثافة عالية وتكون غير قابلة للتآكل تقريبًا. حتى الآن، لم يتمكن المهندسون والفيزيائيون من إنشاء الصيغة المثالية للبطارية، لكن الحاجة إلى تخزين الطاقة بكفاءة مستمرة في النمو، لذلك سنرى العديد من الحلول غير العادية في هذا الاتجاه.

قراءة المزيد

كان هوكينغ محقًا ، لكنه كان مخطئًا في بعض الأحيان: أكثر أفكار العالم جرأة

قد تساعد أدوية الإنفلونزا الفيروس

صاروخ صيني تفوق سرعته سرعة الصوت يدور حول العالم بأسره. كيف يمكن هذا وما هو معروف عنها