شحن 70٪ اختراق جديد في بضع دقائق

بطاريات الليثيوم هي منتجات إلكترونية مألوفة تُستخدم الآن في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات الكهربائية. لكن بطاريات الليثيوم معروفة أيضًا بعمرها الطويل وقصر عمرها. في الآونة الأخيرة ، طور فريق من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة (جامعة نانيانغ التكنولوجية) نوعًا جديدًا من السرعة. يمكن شحن هذه البطارية بالكامل بنسبة 70٪ من الطاقة في دقيقتين ويمكن استخدامها لمدة 20 عامًا ، أي 10 مرات أطول من البطارية في ذلك الوقت.

تتكون بطاريات الليثيوم بشكل أساسي من معلومات القطب الموجب (مثل أكسجين الكوبالت الليثيوم) والإلكتروليت ومعلومات القطب السالب (مثل الجرافيت). أثناء عملية الشحن ، تترسب أيونات الليثيوم من شبكة الليثيوم الكوبالت والأكسجين في الأنود ويتم دمجها في الجرافيت المتساقط عبر الإلكتروليت. أثناء عملية التفريغ ، تتسرب أيونات الليثيوم من شبكة الجرافيت المتقشرة ويتم إدخالها في أكسجين الكوبالت الليثيوم من خلال الإلكتروليت. تسمى بطاريات الليثيوم أيضًا بطاريات الكرسي الهزاز لأنها تنتقل ذهابًا وإيابًا بين الأقطاب الموجبة والسالبة أثناء الشحن والتفريغ. في السنوات الأخيرة ، كان العلماء يطورون أنواعًا جديدة من بطاريات الليثيوم ، وخاصة بطاريات الليثيوم الكبريتية ذات السعة الكبيرة وبطاريات الليثيوم والأكسجين وبطاريات النانو السيليكون ، ولكن نظرًا لتكوينها الفوضوي وتكلفتها العالية وقصر مدة خدمتها ، فإن العديد من التأثيرات لم تتم ترقيتها.

لا يمكن شحن بطاريات الليثيوم التقليدية بسرعة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى خصائص سلامة أقطاب الجرافيت. عندما تعمل البطارية ، يتشكل غشاء إلكتروليت صلب على سطح القطب ، مما يمنع خطى أيونات الليثيوم ويبطئ سرعتها. السمة المميزة لهذا النوع الجديد من بطاريات الليثيوم هي أنه يستخدم هلام الأنبوب النانوي طويل جدًا من ثاني أكسيد التيتانيوم ككاثود بدلاً من مواد الجرافيت التقليدية. لا تشكل هذه المادة الجديدة غشاءًا بالكهرباء ، ويمكن إدخال أيونات الليثيوم بسرعة ، وبالتالي تحقيق الشحن السريع. نظرًا للهيكل الخاص للنانوجيل أحادي البعد لثاني أكسيد التيتانيوم ، فقد حققت البطارية الجديدة تقدمًا كبيرًا من حيث عمر الخدمة ، والذي يمكن إعادة تدويره عشرات الآلاف من المرات. بتكلفة اليوم ، يمكن استخدامه لأكثر من 20 عامًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ثاني أكسيد التيتانيوم (المعروف باسم ثاني أكسيد التيتانيوم) المستخدم في هذه الدراسة له تكلفة منخفضة ، ومعالجة سهلة ، وتكرار جيد ، وموثوقية عالية ، ويمكن ربطه بسلاسة بالتكنولوجيا الحالية ، كما أن آفاق تطبيقاته الصناعية واسعة للغاية.

ظهرت بطاريات الليثيوم في السبعينيات. في عام 1970 ، قدمت سوني أول بطاريات الليثيوم التجارية ، والتي أحدثت ثورة في الإلكترونيات الاستهلاكية. على الرغم من استخدام بطاريات الليثيوم على نطاق واسع ، إلا أن عمر البطارية وعمرها التشغيلي لم يحقق اختراقات فعالة ، مما يقيد أيضًا التطور السريع للسيارات الكهربائية والصناعات الأخرى. قد يكون لهذا الاختراق الجديد تأثيرات واسعة النطاق في العديد من المجالات. في الأجهزة المحمولة ، يمكن للبطاريات الجديدة أن تمنع الحماية الإلزامية لبعض الأجهزة الإلكترونية. ستستفيد صناعة السيارات الكهربائية أيضًا بشكل كبير ، ليس فقط لأنه يمكن تقليل وقت الشحن من بضع ساعات إلى بضع دقائق ، ولكن أيضًا لأن المستخدمين لن يضطروا إلى تغيير البطاريات باهظة الثمن (التي تكلف حوالي 1991 دولار) لزيادة الترويج لفوائد سيارة كهربائية.

ومع ذلك ، في هذا الوقت ، يواجه تطوير بطاريات الليثيوم عنق زجاجة: إذا كنت ترغب في زيادة السعة ، فيجب عليك التضحية بسرعة الشحن وعمر الدورة ، وهو أمر يصعب الحفاظ عليه بسعة عالية. في المستقبل ، لاستبدال البطاريات ، من ناحية أخرى ، من الضروري المضي قدمًا في البحث عن ميزات السلامة مثل الشوارد الصلبة وشبه الصلبة ، من ناحية أخرى ، من الضروري تسريع البحث والتطوير للقدرة الكبيرة بيانات الكاثود لتحقيق طفرة في كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم. باختصار ، يجب أن تعمل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة وبيانات الإلكتروليت للبطارية معًا لتحقيق تقدم أكبر من حيث الشكل والسعة.