تم ترويض المزاج العنيف للليثيوم في البطارية بواسطة المجال المغناطيسي

قامت جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) بتطوير بطارية جيل جديد. فهي لا تتمتع بقدرة طاقة أعلى بكثير فحسب، بل إنها تقلل أيضًا من خطر ارتفاع درجة الحرارة والحرائق.

تم وصف التطور في المجلة علوم الطاقة والبيئة. إن خبرة العلماء الكوريين هي أنود التحويل المغناطيسي.

مع النمو السريع لسوق السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، نشأت مهمة صعبة: جعل البطاريات أكثر سعة وآمنة في نفس الوقت. تتمتع الأنودات المصنوعة من معدن الليثيوم بقدرة نظرية قياسية، لكن دورات الشحن/التفريغ المتكررة تؤدي إلى زيادة في القدرة التشعبات – هياكل تشبه الإبرة يمكنها ثقب الفاصل، مما أدى إلى حدوث ماس كهربائي، ونتيجة لذلك، نار. تعتبر أنودات الجرافيت المستخدمة على نطاق واسع اليوم أكثر أمانًا، ولكنها محدودة جدًا في سعتها.

إن الفكرة التي خطرت على بال المهندسين الكيميائيين بسيطة وأنيقة: إذا كان المغناطيس ينظم برادة الحديد، فلماذا لا نستخدمه لتنظيم تدفق أيونات الليثيوم؟

عندما يتم إدخال الليثيوم في أنود الفريت المنغنيز، يتم تشكيل جسيمات نانوية معدنية مغناطيسية. وتحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي، تصطف داخل القطب الكهربائي، مثل المغناطيس الصغير. يؤدي هذا المحاذاة إلى توزيع أيونات الليثيوم بالتساوي على السطح، دون أن تتراكم في مناطق معينة.

في هذه العملية، يتم استخدام قوة لورنتز المؤثرة على الجسيمات المشحونة في المجال المغناطيسي لتحقيق الخير: فهي تعمل أيضًا على تشتيت أيونات الليثيوم، مما يسهل نقلها بشكل موحد. ونتيجة لذلك، بدلاً من التشعبات الخطيرة، يقوم الليثيوم بتغطية الأنود بطبقة ناعمة وكثيفة وموحدة.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل الأنود كنظام هجين، حيث يقوم بتجميع الليثيوم داخل مصفوفة الأكسيد وكمعدن على السطح. توفر هذه الآلية المزدوجة محتوى الطاقة أعلى بحوالي أربع مرات من أنودات الجرافيت التجارية، مع الحفاظ على الاستقرار على مدى مئات دورات تفريغ الشحنة دون تكوين التشعبات. وأظهرت البطارية كفاءة كولومبية تزيد عن 99% على مدار أكثر من 300 دورة، مما يؤكد استقرارًا ممتازًا على المدى الطويل.

“يعالج نهجنا في الوقت نفسه مشكلتين رئيسيتين تتعلقان بأنودات الليثيوم – عدم الاستقرار ونمو التشعبات. وهذا يفتح طريقًا جديدًا لبطاريات معدن الليثيوم الأكثر أمانًا وموثوقية. وأوضح الأستاذ: “نتوقع أن تشكل هذه التكنولوجيا الأساس لتحسين المعلمات الرئيسية للجيل القادم من البطاريات: السعة وعمر الخدمة وسرعة الشحن”. سلوك كيم وون باي، الذي قاد الدراسة.