طور باحثون في جامعة توهوكو مؤخرًا نموذجًا أوليًا لبطارية من معدن الكالسيوم قابلة لإعادة الشحن قادرة على 500 دورة شحن متكررة. خمسمائة دورة هي المعيار للاستخدام العملي للبطاريات. تم تحقيق النتيجة بفضل تطوير كاثود مركب من جزيئات الكربون وكبريتيد النحاس النانوية وإلكتروليت قائم على الهيدريد.
مع تزايد المبيعات الإجبارية للمركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة ، لم تكن الحاجة إلى استكشاف بدائل لبطاريات الليثيوم أيون أكبر من أي وقت مضى.
تم نشر الاكتشاف للتو في مجلة Advanced Science.
يركز التقدم على عنصر كرة القدم ويتم الآن اختبار نموذج أولي. الكالسيوم (Ca) هو خامس أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية ، وهو متوفر على نطاق واسع وغير مكلف ، وله كثافة طاقة أعلى من بطاريات الليثيوم أيون (LIB). يُعتقد أيضًا أن خصائصه تساعد في تسريع نقل ونشر الأيونات في الإلكتروليت ومواد الكاثود ، مما يمنحها ميزة على بدائل LIB الأخرى مثل المغنيسيوم والزنك.
لسوء الحظ ، لا تزال هناك العديد من العقبات في طريق الجدوى التجارية لبطاريات الكالسيوم المعدنية. ثبت أن عدم وجود إلكتروليت فعال وغياب مواد الكاثود ذات قدرات تخزين كافية Ca2 + هي العقبات الرئيسية.
مخطط نموذج أولي لبطارية معدن الكالسيوم.
في عام 2021 ، قدم بعض أعضاء مجموعة البحث الحالية حلاً للمشكلة الأولى ، وهو صنع إلكتروليت الكالسيوم الجديد الخالي من الفلور استنادًا إلى مجموعة الهيدروجين (أحادية الكربوران). أظهر المنحل بالكهرباء تحسنًا ملحوظًا في الأداء الكهروكيميائي ،
بالنسبة للبحث الحالي ، تم اختبار التشغيل طويل المدى لبطارية Ca معدنية مع كاثود مركب من كبريتيد النحاس (CuS) وجسيمات الكربون النانوية وإلكتروليت قائم على الهيدريد. كبريتيد النحاس ، وفير في الطبيعة ، له خصائص كهروكيميائية مواتية. يسمح هيكلها متعدد الطبقات بتخزين مجموعة متنوعة من الكاتيونات ، بما في ذلك الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم. تبلغ السعة النظرية الكبيرة 560 مللي أمبير في الساعة g-1 ، أي مرتين إلى ثلاث مرات أعلى من مواد الكاثود الحالية لبطاريات الليثيوم أيون.
من خلال الجسيمات النانوية والمركبة مع المواد الكربونية ، تمكن كيسو وزملاؤه من إنشاء كاثود قادر على تخزين كميات كبيرة من أيونات الكالسيوم. باستخدام إلكتروليت من نوع الهيدريد ، أنتجوا بطارية ذات كفاءة دورية عالية الاستقرار. احتفظ النموذج الأولي للبطارية بنسبة 92٪ من القدرة على الاحتفاظ بأكثر من 500 دورة ، بناءً على سعة الدورة العاشرة.
المجموعة واثقة من أن اكتشافهم سيساعد في تقدم البحث في مواد الكاثود للبطاريات القائمة على الكالسيوم. "تؤكد دراستنا جدوى أنودات الكالسيوم المعدنية للتشغيل على المدى الطويل ، ونأمل أن تسرع النتائج في تطوير بطاريات الكالسيوم المعدنية". كيسو.
ستسمح المواد المستخدمة بتطوير بطاريات قوية ، ولكن بتكلفة منخفضة للغاية. ستكون هذه هي الثورة الكهربائية الحقيقية التي ما زلنا ننتظرها.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا ، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بنشر مقالات جديدة من السيناريوهات الاقتصادية.
يأتي المقال الذي صنع أول نموذج أولي لبطارية الكالسيوم القابلة للاستخدام ، بتكاليف منخفضة للغاية ، من Scenari Economici .