بطاريات الألمنيوم

ما يقرب من ثلاثين عامًا من البحث عن طرق لتحسين بطارية أيون الألومنيوم تقترب من نهايتها. تم تطوير أول بطارية ذات أنود ألومنيوم ، قادر على الشحن بسرعة ، في حين أنها غير مكلفة ودائمة ، من قبل علماء من جامعة ستانفورد.

يدعي الباحثون بثقة أن بنات أفكارهم يمكن أن يصبحوا بديلاً آمناً لبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في كل مكان اليوم ، وكذلك البطاريات القلوية الضارة بيئياً.

لن يكون من الضروري أن نتذكر أن بطاريات الليثيوم أيون تشتعل في بعض الأحيان. أستاذ الكيمياء هونغجي داي واثق من أن بطاريته الجديدة لن تضيء ، حتى لو تم حفرها. وصف زملاء البروفيسور داي البطاريات الجديدة بأنها "بطاريات ألومنيوم أيون فائقة السرعة قابلة لإعادة الشحن".

نظرًا لانخفاض كلفتها وسلامتها من الحرائق وقدرتها على توليد شدة كهربائية كبيرة ، فقد جذب الألومنيوم اهتمام الباحثين لفترة طويلة ، ومع ذلك ، فقد مرت سنوات عديدة على إنشاء بطارية من الألمنيوم قابلة للتطبيق تجاريا والتي يمكن أن تنتج جهدًا كافيًا حتى بعد العديد من دورات تفريغ الشحنات.

كان على العلماء أن يتغلبوا على العديد من العقبات ، بما في ذلك: اضمحلال مادة الكاثود ، الجهد المنخفض لتفريغ الخلايا (حوالي 0.55 فولت) ، فقدان القدرة وعدم كفاية دورة الحياة (أقل من 100 دورة) ، فقدان الطاقة بسرعة (من 26 إلى 85 في المئة بعد 100 دورات).

الآن ، قدم العلماء بطارية ألمنيوم ذات ثبات عالٍ ، استخدموا فيها أنودًا مصنوعًا من الألومنيوم مقرونًا بكاثود من رغوة الجرافيت ثلاثية الأبعاد. قبل ذلك ، تمت تجربة العديد من المواد المختلفة للكاثود ، وتم العثور على القرار لصالح الجرافيت عن طريق الصدفة. حدد علماء من مجموعة Hongji Daya عدة أنواع من مادة الجرافيت التي تظهر إنتاجية عالية جدًا.

في عيناتهم التجريبية ، وضع فريق جامعة ستانفورد أنودًا من الألومنيوم وكاثودًا من الجرافيت وكهارلًا أيونيًا سائلًا آمنًا يتكون بشكل أساسي من محاليل ملح في كيس بوليمر مرن.

قام الأستاذ داي ومجموعته بتسجيل مقطع فيديو أظهر أنه حتى إذا قمت بحفر قذيفة ، فستظل بطارياتها تعمل لفترة من الوقت ولن تضيء.

من المزايا المهمة للبطاريات الجديدة الشحن السريع للغاية. عادةً ما يتم إعادة شحن بطاريات الهواتف الذكية من ليثيوم أيون في غضون ساعات ، بينما يوضح النموذج الأولي للتكنولوجيا الجديدة سرعة شحن غير مسبوقة تصل إلى دقيقة واحدة.

متانة البطاريات الجديدة لافتة للنظر بشكل خاص. عمر البطارية أكثر من 7500 دورة تفريغ شحن ، ودون فقدان الطاقة. يذكر المؤلفون أن هذا هو النموذج الأول لبطاريات أيون الألمنيوم ، مع شحن فائق السرعة ، واستقرار لآلاف الدورات. يمكن أن تحمل بطارية ليثيوم أيون النموذجية 1000 دورة فقط.

الميزة البارزة لبطارية الألومنيوم هي مرونتها. يمكن ثني البطارية ، مما يشير إلى إمكانية استخدامها في الأدوات الذكية المرنة. بالإضافة إلى ذلك ، الألومنيوم أرخص بكثير من الليثيوم.

يبدو أنه يعد باستخدام هذه البطاريات لتخزين الطاقة المتجددة بهدف دعمها لتزويد الشبكات الكهربائية لاحقًا ، لأنه وفقًا لأحدث العلماء ، يمكن شحن بطارية ألمنيوم عشرات الآلاف من المرات.

على عكس العناصر المستخدمة بكميات كبيرة AA و AAA بجهد 1.5 فولت ، تولد بطارية أيون الألمنيوم جهدًا يبلغ حوالي 2 فولت. هذا هو أعلى مؤشر حققه أي شخص مع الألمنيوم ، وفي المستقبل سيتم تحسين هذا المؤشر ، كما يقول مطورو البطاريات الجديدة.

تم الوصول إلى كثافة تخزين طاقة تبلغ 40 واط / ساعة للكيلوغرام الواحد بطاريات ليثيوم أيون هذا الرقم يصل إلى 206 واط للكيلوغرام الواحد. ومع ذلك ، فإن تحسين مادة الكاثود ، من المؤكد أن البروفيسور هونغجي داي ، سيؤدي في نهاية المطاف إلى زيادة الجهد وزيادة كثافة تخزين الطاقة في بطاريات تكنولوجيا الألومنيوم أيون. على أي حال ، تم بالفعل تحقيق عدد من المزايا على تقنية ليثيوم أيون. هنا ، منخفضة التكلفة ، مقترنة بالسلامة ، والشحن عالي السرعة ، والمرونة ، وعمر خدمة طويل.