حقق علماء سعوديون إنجازًا كبيرًا من خلال دمج النايلون في تصميم بطاريات معدن الليثيوم، مما أدى إلى تحسين أداء البطارية وخفض التكاليف، وفقًا لدراستين جديدتين نُشرتا في مجلة ACSE Energy Letters وEnergy & Environmental Science.
تُستخدم بطاريات الليثيوم على نطاق واسع بسبب كثافة الطاقة العالية، وخفة الوزن، وانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. هذه المزايا تجعله مثاليًا للهواتف الذكية والإلكترونيات الاستهلاكية الصغيرة وحتى تكنولوجيا استكشاف الفضاء.
هناك نوعان رئيسيان من بطاريات الليثيوم. تعد بطاريات الليثيوم أيون واحدة من أكثر البطاريات شيوعًا، حيث تعمل على تشغيل الأجهزة اليومية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية. ومع ذلك، تتمتع بطاريات الليثيوم المعدنية بكثافة طاقة أعلى ومن المتوقع استخدامها في الروبوتات والنقل وغيرها من الصناعات المتقدمة. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم المعدنية واعدة جدًا، إلا أنها لا تزال تواجه تحديات من حيث السلامة وطول العمر. يعتمد إنتاج بطاريات الليثيوم المعدنية على مواد مسببة للتآكل وخطيرة، ويعوق تشغيلها عدد كبير من التفاعلات الطفيلية - تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها تؤدي إلى تدهور الأداء وتعريض السلامة للخطر.
تساعد الإضافات على استقرار واجهة البطارية، وبالتالي تحسين الأداء. وجدت الأبحاث التي أجراها باحثون في جامعة قرطاجنة التقنية أن النايلون - وهو نفس البوليمر المستخدم في الملابس - يمكن إذابته في محاليل الليثيوم الخفيفة واستخدامه كمادة مضافة في بطاريات معدن الليثيوم. والنتيجة هي بطاريات الليثيوم المعدنية التي تكون أكثر كفاءة وتدوم لفترة أطول وتظهر تفاعلات طفيلية أقل.
لذلك، من خلال دراسة كيمياء كيفية تفاعل النايلون والليثيوم، بما في ذلك الروابط الجزيئية الرئيسية، أظهرت الدراسة أن هذا النسيج التجاري يمكن إذابته في مذيبات أكثر اعتدالًا مما كان يعتقد سابقًا، مما يؤدي إلى أداء فائق للبطارية.
يوضح تشاو تشيمينغ، عالم ما بعد الدكتوراه في جامعة الملك عبد الله للعلوم (KAUST) والذي قام بتأليف الدراسة: "لطالما كان من الصعب إذابة البوليمرات في إلكتروليتات البطاريات الشائعة. لقد أجرينا دراسات متعمقة حول خواصها الكيميائية وقمنا بتعديل بنية الذوبان وتفاعلاتها".
يقول حسام الشريف، أستاذ جامعة الملك عبد الله ورئيس مركز التميز لتقنيات الطاقة المتجددة وتخزينها (كريست)، الذي قاد الدراستين: "يعمل فريقي البحثي على بناء حلول الطاقة المتجددة والتخزين، مثل البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية والسلامة، لتسريع عملية إزالة الكربون في المملكة. وهذا الاكتشاف لديه القدرة على جعل المواد المضافة أرخص وأكثر أمانًا ويوضح فوائد البحث العلمي الأساسي".
تم تجميعها من /ScitechDaily