المجموعات

توسع الأبحاث الجديدة من استخدام السيليكون في البطاريات

توسع الأبحاث الجديدة من استخدام السيليكون في البطاريات

تعد بطاريات الليثيوم أيون اليوم فعالة للغاية بسبب التحسينات التي أدخلها الباحثون والتي استبدلت أنود الجرافيت بالبطارية بأخرى مصنوعة من السيليكون. الآن ، يسعى عمل جديد من جامعة دريكسيل وكلية ترينيتي في أيرلندا إلى تعزيز هذه الكفاءة بشكل أكبر عن طريق تحصين أنودات السيليكون بمادة تسمى MXene.

قال يوري غوغوتسي ، دكتوراه ، الجامعة المتميزة وأستاذ باخ في كلية دريكسل للهندسة ومدير A.J.: "من المتوقع أن تحل أنودات السيليكون محل أنودات الجرافيت في بطاريات Li-ion ذات التأثير الهائل على كمية الطاقة المخزنة". معهد دريكسيل للمواد النانوية في قسم علوم وهندسة المواد ، والذي كان مؤلفًا مشاركًا للبحث.

"لقد اكتشفنا أن إضافة مواد MXene إلى أنودات السيليكون يمكن أن تثبتها بدرجة كافية لاستخدامها بالفعل في البطاريات."

تعمل البطاريات عن طريق حمل الشحنات في الأقطاب الكهربائية والكاثود والأنود. يتم تسليم هذه الرسوم إلى أجهزتنا حيث تنتقل الأيونات من القطب الموجب إلى القطب السالب وعندما تعود الأيونات إلى القطب الموجب يتم إعادة شحن البطارية.

يمكن أن تقبل أنود السيليكون ما يصل إلى أربعة أيونات الليثيوم ، بينما في أنودات الجرافيت ، تستوعب ستة ذرات كربون ليثيوم واحدة فقط. سيؤدي استبدال الجرافيت بالسيليكون كمادة أولية في أنود Li-ion إلى تحسين كفاءته ، ولكن هناك مشكلة واحدة. يتمدد السيليكون مع شحنه لدرجة أنه يمكن أن ينكسر.

حل MXene

لتجاوز هذه المشكلة ، طور الباحثون طريقة جديدة لخلط مسحوق السيليكون في محلول MXene. والنتيجة هي أنود هجين من السيليكون- MXene.

قال Gogotsi "MXenes هي المفتاح لمساعدة السيليكون للوصول إلى إمكاناته في البطاريات".

"نظرًا لأن MXenes عبارة عن مواد ثنائية الأبعاد ، فهناك مساحة أكبر للأيونات في القطب الموجب ، ويمكنها التحرك بسرعة أكبر فيه - وبالتالي تحسين كل من قدرة وموصلية القطب. كما أنها تتمتع بقوة ميكانيكية ممتازة ، لذا فإن السيليكون- كما أن أنودات MXene متينة للغاية حتى سمك 450 ميكرون ".

تتكون MXenes من مادة خزفية ذات طبقات محفورة كيميائيًا تسمى مرحلة MAX. أنتج الباحثون أكثر من 30 نوعًا من MXene حتى الآن.

استخدم فريق الباحثين اثنين منهم لصنع أنودات السيليكون- MXene ووجدوا أن جميع عينات الأنود أظهرت قدرة أيونات الليثيوم أعلى من أنودات الجرافيت التقليدية أو أنودات السيليكون والكربون. لقد أبلغوا عن موصلية أعلى تصل إلى 100 إلى 1000 مرة أكثر كفاءة.

كتبوا: "إن الشبكة المستمرة للصفائح النانوية من MXene لا توفر فقط توصيل كهربائي كافٍ ومساحة خالية لاستيعاب تغير الحجم ولكنها أيضًا تحل بشكل جيد عدم الاستقرار الميكانيكي لـ Si".

"لذلك ، فإن الجمع بين حبر MXene اللزج و Si عالي السعة الموضح هنا يقدم تقنية قوية لبناء هياكل نانوية متقدمة ذات أداء استثنائي."

لاحظ الباحثون أيضًا أن هندسة أنودات MXene تتناسب بسهولة مع الإنتاج الضخم. تم نشر الدراسة فياتصالات الطبيعة.


شاهد الفيديو: البطارية الي تشغل موبايلك من غير شحن طول حياتك (ديسمبر 2021).