AMaLiS 2.0: مفهوم جديد كهربي لبطاريات الليثيوم الهوائية
يقوم مشروع بحث AMaLiS 2.0، الذي يشارك فيه العديد من المؤسسات، بتطوير مفهوم جديد لتحسين استقرار وعمر بطاريات الليثيوم الهوائية باستخدام غشاء يفصل بين الأقطاب الموجبة والسالبة، مما يسمح بوجود إلكتروليتات مختلفة على كل جانب. الهدف هو إنشاء نموذج أولي مستقر وقابل لإعادة الشحن باستخدام مواد وأغشية متطورة.
يهدف مشروع بحثي في ألمانيا إلى تحسين استقرار هذا النوع الجديد من البطاريات.
تُعد بطاريات الليثيوم الهوائية، والمعروفة أيضًا باسم بطاريات الليثيوم والأكسجين، مرشحة للجيل القادم من أجهزة تخزين الكهرباء عالية الطاقة. يختبر مشروع بحث AMaLiS 2.0 مفهومًا جديدًا لزيادة استقرار خلايا البطارية وعمرها. يركز فريق المشروع على فصل الأقطاب الموجبة والسالبة باستخدام غشاء مطلي على كلا الجانبين. هذا يعني أنه يمكن استخدام إلكتروليتات مختلفة على كلا الجانبين. بالإضافة إلى ذلك، يريد الباحثون اختبار قطب كهربائي جديد لنشر الغاز مصنوع من كربيد التيتانيوم النانوي.
بطاريات الليثيوم الهوائية، والمعروفة أيضًا باسم بطاريات الليثيوم والأكسجين، مرشحة للجيل القادم من أجهزة تخزين الكهرباء عالية الطاقة. تبلغ سعتها النظرية لتخزين الطاقة عشرة أضعاف سعة بطاريات الليثيوم أيون التقليدية من نفس الوزن، لكنها ليست مستقرة كيميائيًا بما يكفي لتوفير حل موثوق به. الآن مشروع بحث تعاوني تم إطلاقه حديثًا يشارك فيه فريق من جامعة أولدنبورغ بقيادة الكيميائي الأستاذ الدكتور غونتر ويتستوك يختبر مفهومًا جديدًا لإطالة عمر خلايا البطارية هذه.
المشروع بعنوان “المواد والمكونات البديلة لبطاريات الليثيوم والأكسجين غير النشطة: كيمياء واستقرار المكونات غير النشطة – AMaLiS 2.0″، بقيادة IOLITEC Ionic Liquids Technologies ، وهي شركة مقرها في هايلبرون ، ألمانيا. يشارك أيضًا مركز أبحاث البطاريات MEET (Münster Electrochemical Energy) في جامعة مونستر ومعهد فراونهوفر لتكنولوجيا التصنيع والمواد المتقدمة IFAM في بريمن. سيحصل المشروع على حوالي 1.1 مليون يورو كتمويل من الوزارة الاتحادية للتعليم والبحث على مدى ثلاث سنوات.
خلية بطارية ليثيوم-هواء أمام منصة اختبار. الائتمان: فراونهوفر IFAM
تعمل بطاريات الليثيوم الهوائية بشكل أساسي بنفس الطريقة التي تعمل بها أنواع البطاريات التقليدية، ولكن في هذا النوع من البطاريات، يتم استخدام تفاعل أيونات الليثيوم مع الأكسجين من الهواء عند القطب الموجب لتوليد الكهرباء. الميزة الكبرى هي أن بطاريات الليثيوم الهوائية يمكنها تخزين قدر من الطاقة لكل كيلوغرام تقريبًا مثل الوقود الأحفوري. هذا يعني أن لديهم طاقة محددة مماثلة لبطاريات اليوم ولكن وزنها أقل بكثير، مما يجعلها جذابة للاستخدام في السيارات الكهربائية وكذلك في تخزين الطاقة الثابتة. ويؤكد ويتستوك: “ومع ذلك، قبل أن نصل إلى هذا الحد، لا يزال هناك عدد من المشكلات الفنية التي يتعين حلها”. أحد هذه التحديات هو نقص الإلكتروليت المستقر كيميائيًا في كل من القطب الموجب والسالب. توجد هذه السوائل أو المواد الصلبة الموصلة في المنطقة بين القطبين.
في بطاريات الليثيوم الهوائية، يتكون أحد الأقطاب من الليثيوم المعدني بينما يتكون الآخر – يسمى قطب انتشار الغاز – من شبكة مسامية ومواد موصلة حيث يتم تقليل الأكسجين (O2) من الهواء في تفاعل الأكسدة والاختزال. عندما يتم تفريغ البطارية، تتحرك أيونات الليثيوم موجبة الشحنة عبر الإلكتروليت من قطب كهربائي واحد إلى قطب انتشار الغاز، حيث تتحد مع الأكسجين والإلكترونات من دائرة كهربائية خارجية لتكوين أكسيد الليثيوم. يولد هذا تيارًا كهربائيًا يمكن استخدامه لتوفير الطاقة للأجهزة الكهربائية. أثناء الشحن، ينفصل الليثيوم والأكسجين مرة أخرى وتنتقل الأيونات والإلكترونات في الاتجاه المعاكس.
لزيادة ثبات بطارية الليثيوم الهوائية، يهدف فريق المشروع إلى تصميم غشاء يفصل القطب الموجب عن القطب السالب، مما يسمح باستخدام إلكترونيات مختلفة على كلا الجانبين. يقول منسق مشروع IOLITEC الدكتور Thomas Schubert: “هذا من شأنه أن يوسع بشكل كبير خيارات الإلكتروليتات”. يخطط العلماء لاختبار فاصل بطلاء خاص على كل جانب يحمي كلاً من قطب الليثيوم وإلكترود انتشار الغاز.
يستخدم فريق أولدنبورغ بقيادة Wittstock طرقًا مختلفة، بما في ذلك التحليل الطيفي للسطح والمسح المجهري الكهروكيميائي (SECM)، للتحقق من العمليات على أسطح الفاصل والأقطاب الكهربائية. تقوم IOLITEC بتطوير الطبقة الفاصلة مع فريق من مركز أبحاث بطاريات MEET في جامعة مونستر الذي ترأسه فيرينا كوبرز. يوضح كوبرز: “نحن نختبر طلاءات مختلفة تتكيف بشكل خاص مع التحديات التي يفرضها كل نوع من الأقطاب الكهربائية”.
يقوم فريق MEET أيضًا بإجراء قياسات الاختبار. في Fraunhofer IFAM، يقوم فريق بقيادة الدكتورة دانييلا فينسكي بتطوير نوع جديد من قطب انتشار الغاز المصنوع من كربيد التيتانيوم النانوي. يوضح Fenske: “سيتم دمجه مع غشاء خاص يمنع مكونات الهواء الطفيلية مثل ثاني أكسيد الكربون أو بخار الماء من دخول الخلية”. الهدف النهائي للباحثين هو تطوير نموذج أولي يثبت إمكانية تحقيق نظام مستقر وقابل لإعادة الشحن. لهذا الغرض، تم التخطيط لبناء خلية مسطحة بمساحة 25 سم مربع.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
