تواجه بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية مشكلات تتعلق بالسلامة والاستقرار بسبب ارتفاع درجة حرارة الفواصل والدوائر القصيرة وانخفاض الكفاءة. وبهدف التخفيف من أوجه القصور هذه، استخدم الباحثون تقنية بلمرة التطعيم وطوروا فواصل مبتكرة من جسيمات السيليكا النانوية تتميز بالثبات الحراري والمتانة. تعتبر البطاريات المزودة بهذه الفواصل أكثر أمانًا وأظهرت أداءً محسنًا. يمكن أن يساهم هذا التطور في اعتماد المركبات الكهربائية لإزالة الكربون من قطاع النقل.
ليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن بطاريات (أو بطاريات Li-ion أو LIBs) أصبحت ذات شعبية كبيرة ومنتشرة في كل مكان في العقود الثلاثة الماضية. نظرًا لكثافة الطاقة العالية والوزن الخفيف وقابلية إعادة الشحن، تُستخدم هذه العناصر على نطاق واسع في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة السمعية والبصرية وتخزين الطاقة والمركبات الكهربائية (EVs) وأصبحت جزءًا لا يتجزأ من الحياة اليومية. LIBs صديقة للبيئة وتوفر تخزينًا نظيفًا للطاقة وتساهم في ذلك إزالة الكربون اقتصاد.
ومع ذلك، ليثيوم أيون بطاريات مواجهة مخاطر سلامة السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع درجة حرارة فواصل البولي أوليفين. تمنع الفواصل الاتصال المباشر بين الكاثود والأنود، ولكنها تذوب عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 160 درجة مئوية بسبب ارتفاع درجة الحرارة. نتيجة لذلك، قد يكون الأنود والكاثود على اتصال مباشر من خلال تكوين تشعبات الليثيوم وبالتالي دوائر قصيرة داخلية وعدم كفاية امتصاص الشوارد وانخفاض الكفاءة.
وقد بذلت جهود لمعالجة هذا النقص. تم التفكير في تطبيق طلاء من السيراميك ولكن وجد أنه غير مناسب لأنه يزيد من سمك الفواصل ويقلل من الالتصاق.
في دراسة حديثة، استخدم الباحثون في جامعة إنتشون الوطنية تقنية بلمرة التطعيم لربط طبقة موحدة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO)2) الجسيمات النانوية إلى فواصل البولي بروبيلين (PP). وهكذا تم تعديل الفواصل بطبقة من SiO2 سمك 200 نانومتر أكثر مقاومة للحرارة وتكوين التشعبات المكبوتة مع الحفاظ على سعة تخزين الطاقة. يشير هذا إلى أنه يمكن ارتجال الفاصل المعتمد على مادة البولي بروبيلين (PPS) في بطاريات Li-ion للتخفيف من دوائر القصر الداخلية ولجعل البطارية أكثر أمانًا وفعالية.
يعد هذا التطور وثيق الصلة بالموضوع وواعدًا بالنسبة إلى LIBs في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. بمجرد تسويقها، يمكن أن تساعد مركبات LIBs المرتجلة ذات السلامة والكفاءة الأفضل في استيعاب السيارات الكهربائية الصديقة للبيئة.
***
المراجع:
- Manthiram، A. انعكاس على كيمياء الكاثود لبطارية الليثيوم أيون. نات كومون 11، 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- بارك ج.، وآخرون 2024. فواصل طبقات الجسيمات النانوية SiO2 فائقة الرقة من خلال استراتيجية سطحية متعددة الوظائف لبطاريات الليثيوم المعدنية: مقاومة عالية للتغصنات الليثيوم والخصائص الحرارية. مواد تخزين الطاقة. المجلد 65، فبراير 2024، 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
