في تقدم كبير في تكنولوجيا تخزين الطاقة، طور الباحثون قطبًا كهربائيًا جديدًا يقمع بفعالية ظاهرة التفريغ الذاتي الضارة في بطاريات بروم الزنك الخالية من التدفق (FLZBB)، مما يعني أنها قادرة على الاحتفاظ بالشحن حتى عندما لا تكون قيد الاستخدام.
إن البحث عن طاقة نظيفة ومستدامة مستمر، ويبتكر الباحثون باستمرار لتحسين أنظمة تخزين الطاقة. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون هي المهيمنة، إلا أنها تواجه مشكلة كبيرة تتعلق بالسلامة: الشوارد القابلة للاشتعال.
تقدم FLZBBs بديلاً واعدًا نظرًا لخصائصها غير القابلة للاشتعال واستخدام المعادن الشائعة. ومع ذلك، هناك مشكلة مزعجة تسمى التفريغ الذاتي أعاقت اعتمادها على نطاق واسع. وقد نشر البحث في مجلة الهندسة الكيميائية .
الآن، قام فريق من الباحثين في معهد غوانغجو للعلوم والتكنولوجيا (GIST) في كوريا بتطوير قطب كهربائي ثوري يعالج هذه المشكلة، مما يمهد الطريق لمستقبل مدعوم بـ FLZBBs الآمنة والفعالة.
تحويل FLZBBs إلى شيء مفيد
تتميز FLZBBs بالعديد من المزايا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. فهي أكثر أمانًا وأرخص وأبسط في التصميم. وهي تعمل باستخدام قطب موجب، وقطب سالب، وفاصل لفصلها عن بعضها البعض، وإلكتروليت يشبه الهلام.
ومع ذلك، أثناء التشغيل، يمكن لأيونات البروم المتولدة في القطب الموجب أن تنتقل إلى القطب السالب، مما يتسبب في التفريغ الذاتي وإعاقة الأداء. وكانت هذه عقبة رئيسية أمام FLZBB.
قام البروفيسور تشانهو باك وفريقه، بما في ذلك يونغين تشو، المؤلف الأول للدراسة، بتطوير قطب كهربائي مبتكر يضع حدًا فعالاً للتفريغ الذاتي. هذا عبارة عن قطب كهربائي سميك من الجرافيت مطلي بكربون ميسوبوري مشبع بالنيتروجين (NMC / GF).
يمهد عملهم الطريق لـ FLZBBs أكثر استقرارًا وفعالية. وهنا وظيفتها الكيميائية
محاصرة الأيونات: كيف يعمل القطب الكهربائي NMC/GF
يتم تصنيع القطب الكهربائي NMC/GF بطريقة بسيطة واقتصادية. قام الباحثون بتغطية قطب صوف الجرافيت القياسي بمواد أولية، يليه التجفيف والبلمرة. السحر يكمن في المسامات الصغيرة (الثقوب الصغيرة) التي تم إنشاؤها بواسطة طلاء NMC.
تعمل هذه المسام المتوسطة، جنبًا إلى جنب مع مواقع النيتروجين الموضوعة بشكل استراتيجي، كأقفاص صغيرة، حيث تحبس أيونات البروم ومجمعاتها داخل القطب الموجب. وهذا يمنعهم من الوصول إلى القطب السالب، ووقف التفريغ الذاتي.
"هذا الطلاء جعل أقطاب GF الأصلية، الكارهة للماء في الأصل، محبة للماء للغاية، مما أدى إلى تحسين الاتصال البيني مع المنحل بالكهرباء في المنحل بالكهرباء المائي وزيادة الأداء الكهروكيميائي"، يوضح البروفيسور باك حول مزايا القطب الكهربائي NMC/GF.
"بالإضافة إلى ذلك، فقد سمح بدمج أنواع وفيرة من الأكسجين والنيتروجين، مما أدى إلى تحسين معدل تفاعل البروم، وزيادة الأداء."
أداء غير مسبوق وعمر طويل
أظهرت FLZBBs المجهزة بقطب NMC/GF كفاءة استثنائية، حيث بلغت كفاءة Coulomb 96% وكفاءة الطاقة 76% عند كثافة تيار محددة. كما أنها توفر سعة مساحة عالية (كمية الشحنة المخزنة لكل وحدة مساحة) تبلغ 2 مللي أمبير سم-2. ولكن هذا ليس كل شيء.
وقد أظهرت هذه البطاريات متانة ملحوظة، إذ تدوم لأكثر من 10,000 دورة شحن وتفريغ - وهو دليل على ثباتها على المدى الطويل. وهذا يعني دورة حياة مرضية مدتها 27 عامًا.
بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام قطب GF سميك يمكن أن يقلل من تكاليف البطارية.
في البيان الصحفي ، قال باك، الذي كان متحمسًا للآثار المستقبلية: "إن تطوير القطب الموجب FLZBB، الذي يحافظ على التشغيل طويل الأمد لأكثر من 10000 دورة بكفاءة عالية، سوف يسرع تطوير ESS المستقر وتحويل الطاقة الخضراء لفترة طويلة -شرط. علاوة على ذلك، يمكن أيضًا استخدام القطب الموجب NMC/GF للبطاريات المائية الأخرى.
هذا الاكتشاف لديه القدرة على إحداث ثورة في عالم تخزين الطاقة. ومع وجود FLZBBs الأكثر أمانًا واستقرارًا واستدامة في الأفق، يبدو الطريق إلى مستقبل طاقة نظيفة ومستدامة أكثر إشراقًا.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقال بطاريات الزنك والبروم: بطارية تدوم 27 عامًا وتكلف القليل يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .