تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في مجالات مختلفة، ولكن هناك حاجة إلى تحسين الروابط لتحسين أدائها لتلبية الاحتياجات المتطورة. وذلك لأن أكسيد السيليكون (SiO)، وهو مادة أنودية ذات قدرة عالية ومزايا منخفضة التكلفة، يواجه بعض التحديات. وتشمل هذه التحديات ضعف التوصيل الكهربائي، مما يؤدي إلى بطء عملية الشحن، والتوسع الكبير أثناء الشحن. لذلك، تعد المواد اللاصقة الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة هذه المشكلات وضمان تحسين الأداء والمتانة الممتدة لأنظمة بطاريات الليثيوم أيون.
البروفيسور نوريوشي ماتسومي، وطالب الدكتوراه نوريوكي تاكاموري، والمحاضر الأول السابق راجاشيكار بادام، والدكتور تيجكيران بيندي جاياكومار (طالب سابق) وماروزينيشي من المعهد الياباني المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (JAIST) باحثون من شركة Chemical Co., Ltd. نشروا مؤخرًا دراسة في مجلة "ACS Applied Energy Materials" في 8 فبراير 2024. وقد استخدموا البولي (حمض الفينيل الفوسفونيك). (PVPA) كمواد رابطة لأقطاب أكسيد السيليكون المصغرة لتحقيق أداء متفوق من البطاريات التقليدية.
أداء ممتاز لـ PVPA
وفقًا للبروفيسور ماتسومي، "يجب أن تكون روابط PVPA مفيدة جدًا في إطالة عمر بطاريات الليثيوم أيون الثانوية عالية الأداء. وخاصة في تطبيقات المركبات الكهربائية، هناك اهتمام قوي بتحقيق عمر طويل لبطاريات الليثيوم أيون الثانوية. وسيوفر استخدام PVPA بديلاً أفضل للمجلدات المتاحة تجاريًا مثل حمض البولي أكريليك (PAA) وفلوريد البولي فينيلدين (PVDF)."
تضمن البحث تصنيع أقطاب كهربائية تحتوي على PVPA وPAA وPVDF كمواد رابطة وتقييم أدائها من خلال التجارب الكهروكيميائية ونظرية وظائف الكثافة. يتمتع PVPA بقدرة التصاق أقوى بكثير على دعامات النحاس (3.44 نيوتن/م2) مقارنة بـ PAA التقليدي (2.03 نيوتن/م2)، مما يحسن بشكل كبير من متانة بطاريات أيونات الليثيوم.
بالمقارنة مع بطاريات PAA، تتمتع البطاريات المعتمدة على PVPA بضعف قدرة التفريغ تقريبًا بعد 200 دورة، ويمكن أن تصل الخلايا النصفية المستندة إلى PVPA إلى 1300 مللي أمبير في الساعة-1SiO بعد نفس العدد من الدورات. على عكس المواد اللاصقة PVDF أو PAA، لم تتم ملاحظة أي تقشير للمجمع الحالي عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني حتى بعد 200 دورة شحن وتفريغ. بالإضافة إلى ذلك، يساعد التصاق PVPA الأقوى على تثبيت الأنودات القائمة على أكسيد السيليكون، مما يمنعها من التقشر حتى لو توسعت بشكل كبير.
التعاون وبراءات الاختراع
بالإضافة إلى ذلك، أنشأت شركة Maruzen Petrochemical Co., Ltd. (التي كان باحثوها أيضًا جزءًا من الدراسة) عملية إنتاج صناعية لـ PVPA. إن التعاون المستمر بين JAIST وشركة Maruzen Petrochemical Co., Ltd.، بالإضافة إلى الخبرة الإضافية في إنتاج البطاريات التي تقدمها الشركة، قد يزيد من تسريع التطبيق الواقعي للعملية. تقدمت شركة JAIST وشركة Maruzen Petrochemical Co., Ltd. بشكل مشترك بطلب للحصول على براءات اختراع لهذه التكنولوجيا محليًا (اليابان) ودوليًا.
"سيسهل هذا اللاصق عالي الأداء والمجدي صناعيًا تطوير تقنيات البطاريات ذات المتانة العالية وكثافة الطاقة العالية. وسيتيح ذلك اعتمادًا أوسع للسيارات الكهربائية حول العالم دون القلق بشأن تدهور أداء البطارية على مدى فترة زمنية أطول. وفي المستقبل، يمكن أيضًا استخدام هذه المواد في العديد من المركبات الكهربائية مثل القطارات والسفن والطائرات."
باختصار، قام العلماء بتطوير مادة لاصقة وظيفية لأنودات أكسيد السيليكون في بطاريات أيونات الليثيوم باستخدام بولي (حمض الفينيل فوسفونيك). تعمل المادة اللاصقة منخفضة التكلفة على تحسين الأداء مقارنة بالطرق التقليدية، وهي خطوة جديدة إلى الأمام للتطبيقات المعتمدة على السيليكا المجهرية في السيارات الكهربائية وخارجها.
تم التجميع من: سايتك ديلي