علم المراسل من الأكاديمية الصينية للعلوم يوم 17 أن الباحثين الصينيين قد حققوا تقدمًا كبيرًا في أبحاث بطاريات الليثيوم من الجيل التالي. ووجدوا أن مادة الكاثود الغنية بالليثيوم والمنغنيز سوف تتقلص تلقائيًا عند تسخينها. يمكن لهذه الخاصية أن تساعد في الواقع البطارية القديمة على استعادة جهدها وجعل البطارية القديمة "تتجدد".
ولا يكشف هذا الاكتشاف عن آلية عمل المادة فحسب، بل يوفر أيضًا اتجاهًا جديدًا لتطوير بطاريات الليثيوم من الجيل التالي التي تكون أكثر متانة وقابلة للإصلاح الذاتي. تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة على الإنترنت في مجلة Nature.
رسم تخطيطي للعلاقة بين المعدن الانتقالي ومراكز الأكسجين النشطة والتمدد الحراري للمادة. الصورة مقدمة من معهد نينغبو لتكنولوجيا وهندسة المواد، الأكاديمية الصينية للعلوم
ولحل مشكلة "القلق بشأن المدى" للسيارات الكهربائية والطائرات الكهربائية، من الضروري تطوير الجيل القادم من تكنولوجيا بطاريات الليثيوم عالية الطاقة. وقد ركز العلماء على مواد الكاثود الغنية بالمنغنيز والغنية بالليثيوم. يمكن للبطاريات المصنوعة منه زيادة سعة تخزين الطاقة بنسبة 30% مقارنة بالبطاريات الموجودة، وهو ما يشبه زيادة سعة خزان الوقود بشكل مباشر بنسبة 30%. بالإضافة إلى ذلك، المنغنيز أرخص من الكوبالت والنيكل، لذلك يمكن تسمية هذه المادة بـ "المحارب السداسي" الذي يتميز بالقوة وبأسعار معقولة.
على الرغم من أن مادة الكاثود الغنية بالليثيوم والمنغنيز لديها قدرة تفريغ عالية جدًا، إلا أنها باعتبارها مادة كاثود نشطة بالأكسجين، لا تزال تواجه مشكلة خطيرة في الاستخدام الفعلي: بعد عمليات الشحن والتفريغ المتعددة، فإن الجهد الكهربي للبطارية الغنية بالليثيوم القائمة على المنغنيز سينخفض تدريجيًا وسيحدث التقادم. "هذا يجعل من الصعب استخدام البطاريات الغنية بالمنغنيز الغنية بالليثيوم في التطبيقات العملية. لذلك، أصبحت كيفية الحفاظ على كثافة طاقة عالية وتشغيل مستقر طويل المدى لهذه البطارية الغنية بالمنغنيز الغنية بالليثيوم مشكلة ملحة يتعين على العلماء حلها." وقال ليو تشاوبينغ، المؤلف المشارك للورقة والباحث في معهد نينغبو لتكنولوجيا وهندسة المواد، بالأكاديمية الصينية للعلوم.
في هذه الدراسة، كشف الباحثون عن خاصية مثيرة للاهتمام لمادة الكاثود الغنية بالمنغنيز والتي تعتمد على الليثيوم، وهي أنها تنكمش عند تسخينها. يمكن للتسخين المناسب أن يعيد المادة من حالة الفوضى إلى هيكل أكثر استقرارًا ومنخفض الطاقة، مما يتسبب في تقلص حجم البطارية وبالتالي تظهر عليها خاصية "الانكماش الحراري". "وبناءً على ذلك، وجدنا طريقة جديدة لتحقيق "النمو العكسي" للبطاريات القديمة الغنية بالمنغنيز والغنية بالليثيوم من خلال الوسائل الكهروكيميائية." قال ليو تشاوبينغ.
أشاد مراجعو مجلة Nature بهذا الإنجاز. وقال إن فريق البحث اكتشف لأول مرة أن بنية مواد الكاثود الغنية بالمنغنيز والغنية بالليثيوم يمكن أن تتحول من حالة مضطربة إلى حالة منظمة مدفوعة بدرجة الحرارة أو الكيمياء الكهربائية. يخترق هذا الاكتشاف الإطار النظري للتحول الهيكلي لمواد الأقطاب الكهربائية التقليدية ويفتح اتجاهًا بحثيًا جديدًا لفهم العلاقة بين الهيكل والأداء لمواد الأقطاب الكهربائية.