حقق الباحثون في جامعة توهوكو تقدمًا ثوريًا في تكنولوجيا البطاريات من خلال تطوير مادة كاثود جديدة لبطاريات المغنيسيوم القابلة لإعادة الشحن، والتي تتيح الشحن والتفريغ بكفاءة حتى في درجات الحرارة المنخفضة.
ونشرت تفاصيل النتائج في مجلة كيمياء المواد أ.
لقد درس العلماء مواد تسمى DRX، مكونة من عناصر كيميائية مختلفة (بما في ذلك الليثيوم والكروم والمنغنيز والحديد والزنك والموليبدينوم)، لاستخدامها كأقطاب كهربائية في البطاريات القائمة على المغنيسيوم (RMBs). تتمتع هذه البطاريات بالعديد من المزايا المحتملة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون، لكن الأبحاث لا تزال في مراحلها الأولى.
تفريغ أيونات المغنيسيوم من التركيب البلوري الملحي
كانت إحدى المشاكل الرئيسية هي فهم كيفية إدخال وإزالة المغنيسيوم من القطب بطريقة عكسية (أي قابلة لإعادة الشحن). لقد اجتذبت مواد DRX ذات البنية الملحية (المشابهة للملح الصخري) اهتمامًا خاصًا.
وتم حل المشكلة باتباع مجموعة من التقنيات المتقدمة مثل:
- خلق أماكن فارغة (شواغر) في البنية البلورية: من خلال إدخال الليثيوم في التركيبة الأولية لـ DRX، وبعد استخلاصه يتم إنشاء “الأماكن الفارغة” الضرورية لحركة المغنيسيوم.
- التحكم في حالة الأكسدة (الشحنة) للمعادن الأخرى: وهذا مهم لموازنة الشحنات الكهربائية أثناء إدخال واستخلاص المغنيسيوم.
- زيادة انتشار المغنيسيوم: وجود الليثيوم يعزز انتشار أيونات المغنيسيوم داخل الهيكل.
يمثل هذا أول استخدام لأكسيد الصخور كمادة كاثود للرنمينبي. سمحت استراتيجية الإنتروبيا العالية التي استخدمها الباحثون للعيوب الكاتيونية بتنشيط كاثود أكسيد الصخور.
حتى الآن، كانت درجات الحرارة المرتفعة مطلوبة لزيادة حركة Mg في المواد الكاثودية التقليدية، مثل تلك التي تحتوي على بنية الإسبنيل. تعمل المادة التي قدمها الباحثون في جامعة توهوكو بكفاءة عند درجة حرارة 90 درجة مئوية فقط، مما يدل على انخفاض كبير في درجة حرارة التشغيل المطلوبة وبالتالي يجعل المغنيسيوم مادة يمكن استخدامها بشكل مربح في الكاثود.
ماذا يعني هذا في الممارسة العملية
يسلط تومويا كاواجوتشي، الأستاذ في معهد أبحاث المواد (IMR) بجامعة توهوكو، الضوء على الآثار الأوسع للدراسة.
وقال البروفيسور: “ الليثيوم نادر وموزع بشكل غير متساو، في حين أن المغنيسيوم متوفر بكثرة ويوفر بديلاً أكثر استدامة واقتصادية لبطاريات الليثيوم أيون. ومن المقرر أن تلعب بطاريات المغنيسيوم، مع مادة الكاثود المطورة حديثًا، دورًا مركزيًا في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تخزين الشبكات والمركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية المحمولة، مما يساهم في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة وتقليل البصمة الكربونية .
علاوة على ذلك، فإن إعادة تدوير المغنيسيوم أسهل بكثير ويسبب مشاكل تلوث بيئي أقل بكثير من الليثيوم. على سبيل المثال، يوجد المغنيسيوم بشكل شائع في ملح البحر.
وفي نهاية المطاف، يمثل هذا الاكتشاف خطوة مهمة إلى الأمام في البحث عن حلول فعالة لتخزين الطاقة وصديقة للبيئة.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقال المغنيسيوم بدلاً من الليثيوم: تقنية جديدة ستسمح ببطاريات أقل تكلفة وأكثر تلويثاً تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .