Language
Country/Area
No result found
مستقبل البطاريات النانوية: لماذا يمكن أن تصبح أسلاك السيليكون النانوية النجم الجديد للبطاريات؟
في السنوات القليلة الماضية، كان تطوير تكنولوجيا البطاريات النانوية يواكب النمو السريع في الطلب العالمي على حلول تخزين الطاقة، وخاصة مع ظهور المركبات الكهربائية والطاقة المتجددة. تستخدم البطاريات النانوية أسلاكًا نانوية لزيادة مساحة سطح أقطاب البطارية، وهو تصميم يحسن سعة البطارية بشكل كبير. على الرغم من اقتراح أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم أيون المصنوعة من السيليكون والتنتالوم وأكسيد المعادن الانتقالية، إلا أنها لم يتم تسويقها تجارياً بعد.
تتميز هذه البطاريات الجديدة بأنها بديل للقطب السالب الجرافيتي التقليدي ويمكنها تحسين أداء البطارية بشكل كبير.
السيليكون: الحبيب الجديد للبطاريات
تتمتع مواد السيليكون بتقدير كبير بسبب جهد التفريغ والقدرة النظرية العالية جدًا للشحن، وقد تكون خيارًا مثاليًا لأقطاب البطارية السالبة للليثيوم في المستقبل. وبحسب البحث فإن القدرة النظرية للسيليكون أعلى بنحو عشرة أضعاف من أنود الجرافيت القياسي المستخدم حالياً في الصناعة. يساعد شكل الأسلاك النانوية على تحسين هذه الخصائص بشكل أكبر لأنها تزيد من مساحة السطح الملامسة للإلكتروليت، وبالتالي زيادة كثافة الطاقة وتمكين الشحن والتفريغ بشكل أسرع.
على الرغم من أن السيليكون يمكن أن يتمدد بنسبة تصل إلى 400 بالمائة أثناء الشحن ويترسب في النهاية، فإن تصميم الأسلاك النانوية يمكن أن يخفف من هذا العيب بشكل فعال.
يرجع تلف أسلاك السيليكون النانوية بشكل أساسي إلى تغير الحجم أثناء عملية الشحن، مما يؤدي إلى تكوين الشقوق ويتجلى في النهاية في فقدان السعة. ومع ذلك، فإن القطر الصغير للأسلاك النانوية يقلل بشكل فعال من الضرر الناجم عن هذا التوسع، مما يسمح لها بالعمل كقنوات مباشرة لنقل الشحنة أثناء الاتصال بمجمعات التيار، مقارنة بحركة الجسيمات حسب الجسيمات المطلوبة للأقطاب الكهربائية القائمة على الجسيمات. تم تحسين الكفاءة بشكل كبير.
إمكانات الجرمانيوم
إن الميزة الأخرى التي تتمتع بها أسلاك اليود الألمانية النانوية هي قدرتها النظرية العالية وأدائها الممتاز في عملية إدخال الليثيوم. على الرغم من أن التنتالوم يتمدد ويتحلل أيضًا عند شحنه، إلا أنه يمكنه إدخال الليثيوم بكفاءة أكبر بنحو 400 مرة من السيليكون، مما يجعله مادة أكثر جاذبية للأقطاب السالبة. ويقال إن أسلاك الأيوم الألمانية النانوية لا تزال قادرة على الحفاظ على سعة 900 مللي أمبير/جرام بعد 1100 دورة شحن وتفريغ.
تطبيقات أكاسيد المعادن الانتقالية
تتمتع أكاسيد المعادن الانتقالية (TMOs) مثل Cr2O3 وFe2O3 وما إلى ذلك بالعديد من المزايا مقارنة بمواد البطاريات التقليدية، وهي خيارات صديقة للبيئة وغير سامة. إن القدرة النظرية العالية للطاقة التي تتمتع بها هذه المواد تجعلها مرشحة لتكون بمثابة بطاريات ليثيوم أيون. وقد أظهرت الأبحاث أن الأسلاك النانوية المصنوعة باستخدام TMO تتمتع بإمكانيات كبيرة كأقطاب للبطاريات، كما أظهرت التجارب أنها يمكن أن توفر خرج طاقة مستقر وعمر دورة طويل.
على سبيل المثال، أظهرت أحدث الأبحاث التي استخدمت أسلاك نانوية من أكسيد الرصاص أنها قادرة على الحفاظ على سعة ثابتة تبلغ 190 مللي أمبير/ساعة بعد 1000 دورة شحن وتفريغ، مما يشير إلى أن المادة لديها القدرة على أن تصبح بديلاً ممتازًا لبطاريات الرصاص الحمضية. .
الابتكار في الأسلاك النانوية الذهبية
في عام 2016، أعلن فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا في إيرفين عن مادة أسلاك نانوية جديدة يمكنها تحمل أكثر من 200 ألف دورة شحن دون أي كسر مادي. ومن المتوقع أن يؤدي ظهور هذه التكنولوجيا إلى تعزيز تطوير البطاريات طويلة العمر، بحيث لن تكون هناك حاجة إلى استبدال بطاريات العديد من المنتجات الإلكترونية.التطلع إلى المستقبل
على الرغم من أن العديد من أنواع البطاريات النانوية أظهرت أداءً ممتازًا، إلا أنها لا تزال تواجه تحديات مثل الهشاشة واستقرار المواد. ومع استمرار تعميق الأبحاث، قد يتم تسويق البطاريات النانوية في المستقبل وتغيير فهمنا لتكنولوجيا البطاريات بشكل كامل. والآن، مع نضوج تكنولوجيا البطاريات النانوية، يتعين علينا أن نفكر في سؤال: هل يمكن أن تصبح البطاريات النانوية خياراً رئيسياً في حلول تخزين الطاقة في المستقبل؟
