Language
Country/Area
No result found
لغز بطاريات الليثيوم الهوائية: لماذا تعتبر النجم المستقبلي للسيارات الكهربائية؟
مع تزايد الطلب على المركبات الكهربائية والطاقة المتجددة، سرعان ما أصبحت بطاريات الليثيوم الهوائية (Li-air) محور اهتمام الصناعة بسبب كثافتها العالية من الناحية النظرية. بطاريات الليثيوم الهوائية هي خلايا كهروكيميائية معدنية هوائية تعمل على توليد التيار الكهربائي من خلال أكسدة الليثيوم عند الأنود واختزال الأكسجين عند الكاثود. ويقال إن البطارية، التي تستخدم الليثيوم للتفاعل مع الأكسجين من البيئة، لديها القدرة على الحصول على كثافة طاقة مماثلة لتلك الموجودة في البنزين في محركات الاحتراق الداخلي.
من الناحية النظرية، يمكن أن تصل كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم الهوائية إلى حوالي 40.1 ميجا جول/كجم، أو 11.14 كيلووات ساعة/كجم، مما يمنحها إمكانات لا مثيل لها للاستخدام في المركبات الكهربائية.
وفقًا للأبحاث الموجودة، فإن كثافة الطاقة الفعلية لبطاريات الليثيوم الهوائية مثيرة للإعجاب أيضًا، وتتراوح من حوالي 6.12 ميجا جول/كجم (1.7 كيلو واط/ساعة/كجم). وتتجاوز هذه البيانات بكثير بطاريات الليثيوم أيون التجارية الحالية، ويمكنها نظريًا دعم مركبة كهربائية يصل وزنها إلى 2000 كيلوغرام لقطع مسافة 500 كيلومتر تقريبًا. ومع ذلك، لتحقيق التسويق التجاري، لا تزال بطاريات الليثيوم الهوائية بحاجة إلى معالجة تحديات رئيسية مثل الطاقة العملية وعمر الدورة.
التاريخ
ظهر مفهوم بطاريات الليثيوم الهوائية لأول مرة في سبعينيات القرن العشرين، عندما كان يُنظر إليها في المقام الأول كمصدر محتمل لطاقة البطارية للسيارات الكهربائية والهجينة. ومع ذلك، فقد أبقت التحديات التكنولوجية هذا المفهوم خاملاً لعقود من الزمن، ولكن التقدم في علم المواد أدى إلى تجدد الاهتمام بهذه التكنولوجيا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
على الرغم من أن التقدم التكنولوجي في بطاريات الليثيوم الهوائية كان مثيرًا للإعجاب، إلا أن التحديات مثل وقت شحن البطارية، وحساسية الرطوبة، وضعف توصيل مادة Li2O2 تظل حواجز كبيرة أمام التسويق التجاري.
التصميم والتشغيل
تتكون بطاريات الليثيوم الهوائية عادة من أنود وكاثود وإلكتروليت. أثناء التفريغ، تتحرك أيونات الليثيوم بين الأنود والكاثود عبر الإلكتروليت، وتنتقل الإلكترونات عبر دائرة خارجية لأداء العمل الكهربائي. أثناء الشحن، يترسب معدن الليثيوم على الأنود ويتم إطلاق الأكسجين عند الكاثود.الأنود
مقارنةً بالمواد المعدنية الأخرى، يعد معدن الليثيوم هو الخيار السائد للأنود في بطاريات الليثيوم الهوائية. إن السعة النوعية العالية لأنودات الليثيوم (3840 مللي أمبير/جرام) في ظل الظروف الجيدة هي بلا شك إحدى مزاياها، ولكنها تواجه أيضًا تحديات مثل التفاعلات بين معدن الليثيوم والإلكتروليت وخطر تشعبات الليثيوم، مما قد يقلل من أداء البطارية. ومدة الحياة.
في الوقت الحالي، تسعى العديد من الأطراف إلى معالجة التأثيرات السلبية لهذه الليثيوم الشجري من خلال مواد إلكتروليتية جديدة أو تصميم واجهة محسّن.
الكاثود
يعتبر غاز الكاثود أحد التقنيات الأساسية لبطاريات الليثيوم الهوائية، ويعتبر تفاعل اختزال الأكسجين أمرًا بالغ الأهمية لكفاءة البطارية. وأشارت الدراسة إلى أن محفزات المعادن المنسقة بالكربون المسامي يمكنها أن تعزز بشكل فعال حركية الاختزال وأداء السعة النوعية للكاثود، مما يمكنه من تقديم أداء أفضل في التطبيقات العملية.
تنوع الإلكتروليت
حاليًا، هناك أربعة مسارات رئيسية لتصميم إلكتروليت بطاريات الليثيوم الهوائية: إلكتروليت حمضي مائي، إلكتروليت قلوي مائي، إلكتروليت بروتوني غير مائي، إلكتروليت غير مائي. كل إلكتروليت له مميزاته وعيوبه. على سبيل المثال، يمكن للإلكتروليتات المائية تجنب انسداد الكاثود، لكن تفاعل معدن الليثيوم مع الماء سيجلب مخاطر أمان جديدة.
يحاول تصميم الإلكتروليت المائي-المائي الهجين الجمع بين مزايا كل منهما لإنشاء بطارية ليثيوم هوائية أكثر أمانًا وكفاءة.
الآفاق والتحديات المستقبلية
بالإضافة إلى القضايا الفنية، فإن التحديات التي تواجه بطاريات الليثيوم الهوائية تشمل الموثوقية والاقتصاد والقبول في السوق. مع استمرار زيادة الطلب على البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية، يعمل مجتمع البحث العلمي والشركات ذات الصلة بجهد لحل هذه المشاكل. \ خاتمةإن الإمكانات النظرية وآفاق التطبيق العملي لبطاريات الليثيوم الهوائية جذابة، ولكن لا يزال هناك العديد من الحواجز التقنية والتسويقية التي يتعين التغلب عليها لجعلها ناجحة في سوق المركبات الكهربائية. ولكن ما إذا كانت بطاريات الليثيوم الهوائية قادرة على أن تصبح الخيار السائد للسيارات الكهربائية في المستقبل، وكيفية تحقيق هذا المثل الأعلى، لا تزال تحتاج إلى الوقت لإثبات ذلك.
