ما الذي يمكن أن يحل محل الليثيوم في البطاريات؟

لا يمكن المبالغة في تقدير دور الليثيوم ، أو بالأحرى بطاريات أيونات الليثيوم ، في حياتنا. يتم استخدامها في كل مكان: في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات وكذلك في النقل البري والمائي والسكك الحديدية وتكنولوجيا الفضاء. دخلت بطاريات الليثيوم أيون السوق في عام 1991 ، وحصل مخترعوها بالفعل في عام 2019 على جائزة نوبل في الكيمياء - لمساهمتهم الثورية في تطوير التكنولوجيا. في الوقت نفسه ، يعد الليثيوم معدنًا قلويًا باهظ الثمن ، واحتياطياته محدودة للغاية. حاليًا ، لا يوجد بديل لبطاريات الليثيوم أيون بكفاءة مماثلة. نظرًا لحقيقة أن الليثيوم هو أحد العناصر الأخف وزنًا في الجدول الدوري ، فمن الصعب جدًا العثور على بديل له لإنشاء بطاريات عالية السعة.



قام فريق دولي من العلماء من NUST MISIS ومعهد الكيمياء الحيوية العضوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم ومركز هيلمهولتز Dresden-Rossendorf بتأسيس أنه بدلاً من الليثيوم في البطاريات ، يمكنك استخدام الصوديوم "المعبأ" بطريقة خاصة. ستكون بطاريات الصوديوم أرخص بكثير ، في حين أنها ليست أقل شأنا من الليثيوم أيون ، بل وستتجاوزها على المدى الطويل.







في سياق البحث ، وجد أنه إذا كانت الذرات داخل العينة "معبأة" بطريقة معينة ، فإن الفلزات القلوية الأخرى ستظهر أيضًا كثافة طاقة عالية. أكثر البدائل الواعدة للليثيوم هو الصوديوم ، لأنه حتى مع وجود ترتيب ثنائي الطبقات لذرات الصوديوم في بنية بيجرافين (طبقتان من الجرافين - أعلى وأسفل) ، فإن سعة هذا الأنود تصبح قابلة للمقارنة مع قدرة أنود الجرافيت التقليدي في بطاريات أيون الليثيوم: حوالي 335 مللي أمبير * ساعة / جم (مللي أمبير / ساعة لكل جرام من المادة) مقابل 372 مللي أمبير / جرام للليثيوم. علاوة على ذلك ، الصوديوم أكثر وفرة في الطبيعة من الليثيوم. على سبيل المثال ، يحتوي ملح الطعام الشائع على نصف هذا العنصر.



طريقة خاصة لتكديس الذرات ليست أكثر من ترتيبها في عدة طبقات ، واحدة فوق الأخرى. يتم إنشاء هذه البنية عن طريق نقل الذرات من قطعة معدنية إلى الفراغ بين لوحين من الجرافين عالي الجهد ، مما يحاكي عملية شحن البطارية. اتضح أن شطيرة - طبقة من الكربون ، وطبقتان من المعدن القلوي ، وطبقة من الكربون مرة أخرى.

« , , . , . . , , », – , « » «» .

« , , . – , , », – « » «» .

تتمثل الخطوة التالية لفريق البحث في تكوين عينة تجريبية ودراستها في المختبر. سيتم تنفيذ ذلك من قبل الجزء الأجنبي من فريق مركز هيلمهولتز دريسدن-روسندورف. إذا نجحت ، فسيكون من الممكن التحدث عن إنشاء جيل جديد من بطاريات الصوديوم ، والتي ستكون قابلة للمقارنة من حيث السعة مع ليثيوم أيون ، أو حتى تتفوق عليها ، مع تكلفتها عدة مرات.



نُشر مقال عن البحث في مجلة Nano Energy .