تحول المنغنيز لبطاريات الليثيوم أيون
22 مارس 2021 - تخزين طاقة بطارية ليثيوم أيون تخزين طاقة ليثيوم أيون
يمكن للكاثودات الخالية من الكوبالت مكافحة مشكلات العرض باستخدام أحد أرخص المعادن المتاحة.
صنع باحثون أمريكيون بطارية ليثيوم أيون تستخدم المنغنيز كمادة كاثود بدلاً من الكوبالت أو النيكل التقليدي. يمكن أن يقدم هذا العمل بديلاً رخيصًا ووفيرًا لهذه الموارد المحدودة والمكلفة بشكل متزايد، مما يوفر طريقة لتلبية الطلب المتزايد بسرعة على تخزين طاقة أيونات الليثيوم.
تعتمد معظم كاثودات بطاريات الليثيوم أيون على الكوبالت أو النيكل لأنها تحافظ بسهولة على الهياكل مرتبة ومرتبة. لكن في عام 2014، أظهرت مجموعة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بقيادة جيربراند سيدر أن بطاريات الليثيوم أيون ذات البنية غير المنتظمة يمكن أن تعمل طالما أنها غنية بالليثيوم، مما يفتح إمكانية تجربة بطاريات جديدة، وربما أفضل، المواد.
قام سيدر وزملاؤه في جامعة كاليفورنيا ومختبر لورانس بيركلي الوطني بالولايات المتحدة بتطوير بطارية ليثيوم أيون ذات كاثود مضطرب قائم على المنغنيز، وأظهروا أنها يمكن أن تخزن طاقة أكثر من الكوبالت أو النيكل. يقول المؤلف الرئيسي جينهيوك لي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "كانت فكرتنا هي أنه إذا تمكنا من صنع كاثودات حيث لا نهتم بالطبقات، فيمكننا استخدام نطاق أوسع بكثير من المعادن". "لقد قررنا أن نختار المنغنيز لأنه أحد أرخص المعادن المتوفرة."
يُستخدم المنغنيز بالفعل في كاثودات بطاريات الليثيوم أيون ذات الطبقات التقليدية، ولكن كمعدن مثبت مع مشاركة قليلة في تخزين الإلكترون. كانت المحاولات الأخيرة لصنع كاثودات من المنغنيز المضطرب وأكاسيد المعادن الأخرى محدودة لأنها تصبح غير مستقرة وتفقد قدرتها بسبب نشاط الأكسدة والاختزال الزائد للأكسجين عندما تنتقل أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود المعتمد على الليثيوم أثناء الشحن.
ولتقليل هذا النشاط والحصول على كاثود أكسيد المنغنيز عالي السعة، وجد فريق سيدر طريقة لجعل المنغنيز يتبادل إلكترونين، وهو ما تفعله الكاثودات عالية السعة القائمة على النيكل، بدلاً من إلكترونين واحد. يتضمن ذلك خفض تكافؤ المنغنيز إلى Mn2+ عن طريق استبدال بعض أنيونات الأكسجين بأنيونات الفلور ذات التكافؤ الأقل بينما يتم استبدال بعض كاتيونات المنغنيز بأيونات النيوبيوم والتيتانيوم ذات التكافؤ الأعلى. وهذا يعني أن الأكسدة المزدوجة لكاتيونات المنغنيز يمكن أن تحدث من Mn2+ إلى Mn4+، مما يسمح لجزء كبير من أيونات الليثيوم بالانتقال من الكاثود إلى أنود الليثيوم دون أن تصبح غير مستقرة.
يقول سيدر: "تُظهر نتائج اختبار دورة البطارية على نطاق مختبرنا كثافة طاقة أعلى بكثير للكاثودات لدينا (حوالي 1000 واط ساعة/كجم) مقارنةً بالكاثودات الموجودة (600-700 واط ساعة/كجم)." "لكن بياناتنا ليست على المستوى التجاري، لذا ينبغي إجراء المزيد من الاختبارات وتحسين المواد لدينا".
يعلق جليب يوشين، الذي يدرس تخزين الطاقة في معهد جورجيا للتكنولوجيا بالولايات المتحدة: "في حين أن هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في استقرار الدورة للتطبيقات العملية، فإن الاستراتيجية المذكورة تحمل وعدًا كبيرًا وتسمح باستكشاف واسع النطاق لمختلف الكاتيونات عالية التكافؤ". "إن الحاجة إلى تقليل جهد الخلية إلى قيم منخفضة جدًا قد تخلق عائقًا أمام تطبيقات التكنولوجيا المُبلغ عنها على الأجهزة الإلكترونية، ولكن لا ينبغي أن تكون مشكلة كبيرة بالنسبة لتطبيقات السيارات."
هاتف: 86-0755-33065435
البريد: info@vtcpower.com
الويب: www.vtcbattery.com
العنوان: رقم 10، طريق جينلينغ، حديقة تشونغكاي الصناعية، مدينة هويتشو، الصين
الكلمات الرئيسية: بطارية ليثيوم بوليمر، الشركة المصنعة لبطارية ليثيوم بوليمر، بطارية Lifepo4، بطاريات ليثيوم أيون بوليمر (LiPo)، بطارية ليثيوم أيون، LiSoci2، بطارية NiMH-NiCD، بطارية BMS
في الحياة اليومية، تعرف على المزيد حول استخدام بطاريات الليثيوم، وخاصة أجهزة الشحن والهواتف المحمولة، لتجنب الانفجارات الناتجة عن الشحن لفترة طويلة جدًا
