بوليمر جديد قد يجعل البطاريات قابلة لإعادة التدوير وإصلاح ذاتها

 من طرف long race الأربعاء يناير 01, 2020 11:50 pm

تعاني بطاريات أيونات الليثيوم من زيادة احتمالات حدوث ماس كهربائي يسبب اشتعال الإلكتروليتات الموجودة في سائل البطارية وإحداث انفجارات وحرائق. ولذا طور مهندسون من جامعة إلينوي إلكتروليت صلب من البوليمرات يصلح ذاته إن تضرر وقابل لإعادة التدوير دون الحاجة إلى المواد الكيميائية القوية أو درجات الحرارة العالية.

ونشر الباحثون دراستهم في دورية الجمعية الكيميائية الأمريكية، وربما تستخدم نتائجها في تطوير بطاريات تجارية قابلة لإعادة التدوير وإصلاح ذاتها.

وقال الباحثون أن بطاريات أيونات الليثيوم تمر بدورات من الشحن والتفريغ، ما يؤدي إلى تكوين هياكل صغيرة من الليثيوم الصلب تسمى الغصينات فيقل عمر البطارية وتتكون نقاط ساخنة وماسات كهربائية، وقد يزداد حجم هذه الغصينات فتثقب الأجزاء الداخلية للبطارية وتسبب تفاعلات كيميائية بين الأقطاب الكهربائية وسوائل البطارية وينتهي الأمر بحدوث انفجارات.

ولذا حاول المهندسون وعلماء الكيمياء الاستغناء عن الإلكتروليتات السائلة في بطاريات أيونات الليثيوم واستبدالها بمواد صلبة مثل السيراميك أو البوليمرات، لكن أغلب تلك المواد الصلبة أدت إلى ضعف الموصلية الكهربائية وضعف الاتصال بين سائل الإلكتروليتات والقطب الكهربائي.

وقال بريان جينج، المؤلف المساعد في الدراسة وعالم المواد وهندستها «تمثل البوليمرات الصلبة الموصلة للكهرباء خيارًا مستقبليًا لتطوير الإلكتروليتات غير الصلبة. لكن الحرارة العالية داخل البطاريات قد تؤدي إلى انصهار البوليمرات وتكوين غصينات وحدوث ماس كهربائي.»



University of Illinois at Urbana-Champaign

أنتجت الدراسات السابقة إلكتروليتات صلبة باستخدام شبكة من خيوط البوليمر المرتبطة معًا بموصلات من الليثيوم المطاطي. وأدت هذه الطريقة إلى إبطاء تكوين الغصينات، لكن التركيب المعقد لهذه الإلكتروليتات يجعلها غير قابلة للإصلاح إن تضررت، وفقًا لجينج.

ولعلاج هذه المشكلة، طور الباحثون شبكة من البوليمرات تنفذ فيها نقاط العبور تفاعلات تبادلية. وقال الباحثون أن الشبكات الجديدة تتفوق على خيوط البوليمر إذ تزداد صلابة مع ارتفاع درجة الحرارة ما يقلل فرص تكوين الغصينات. وبالإضافة إلى ذلك يمكن إعادة ترتيبها إن تعرضت للضرر واستعادة قدرتها على توصيل الكهرباء، ما يجعلها قابلة لإعادة التدوير.

وقال جينج «تتفوق الشبكة البوليمرية الجديدة على الإلكتروليتات البوليمرية التقليدية بسبب زيادة موصليتها وصلابتها عندما تتعرض إلى درجات حرارة عالية.»

وقال كريستوفر إيفانز، أستاذ هندسة المواد والمؤلف الرئيس للدراسة «تحتاج أغلب البوليمرات إلى أحماض قوية ودرجات حرارة عالية كي تتحلل. أما مادتنا فتذوب في الماء في درجة حرارة الغرفة ما يجعلها موفرة للطاقة وصديقة للبيئة.»

ودرس الباحثون قدرة المادة الجديدة على توصيل الكهرباء ووجدوا أنها تمثل خيارًا واعدًا لإنتاج إلكتروليتات البطاريات، لكنها تحتاج إلى تطوير إضافي قبل أن تستخدم في إنتاج بطاريات تنافس البطاريات الحالية.

وقال إيفانز «يمثل هذا البحث خطوة يستطيع الآخرون البناء عليها. إذ استخدمنا مواد كيميائية ورابطة ديناميكية معينة لإنتاج البوليمر الجديد، ونحتاج إلى المزيد من الأبحاث حتى نستطيع استخدامها مع مواد كيميائية أخرى والحفاظ على موصليتها وخواصها الميكانيكية.»

 من طرف Nabil LacRiM الخميس يناير 02, 2020 8:11 pm

بارك الله فيكم وأرضاكم واصلوا اتحافنا بكل جديد ومفيد