بطارية أيون الليثيوم: الفرق بين النسختين

تم إضافة 8٬382 بايت ، ‏ قبل 8 أشهر
المصعد
ط (بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V5.1)
(المصعد)
 
تستطيع حاليا السيارة الصغيرة التي تعمل ببطارية كهذه وزنها 120 [[كيلوغرام|كيلوجرام]] أن تسير مسافة 150 كيلومتر. وإذا استبدلت بطارية الليثيوم أيون ب[[بطارية نيكل-هيدريد فلز]] فلا تستطيع السيارة السير إلا مسافة 50 كيلومتر. لذلك تعلق الآمال على بطارية الليثيوم أيون لتسيير السيارات الكهربائية في المرحلة القادمة.
 
== المصعد ==
نظرًا لأن الجرافيت محدود بسعة قصوى تبلغ 372 مللي أمبير/غرام، فقد خُصِّص الكثير من الأبحاث لتطوير المواد التي تظهر قدرات نظرية أعلى، والتغلب على التحديات التقنية التي تعوق تنفيذها حاليًا. مقالة مراجعة شاملة لعام 2007 بقلم .Kasavajjula et al يلخّص الأبحاث المبكرة حول [[مصعد (كيمياء)|المصاعد]] القائمة على [[سيليكون|السيليكون]] لخلايا أيون الليثيوم الثانوية. على وجه الخصوص، أظهر .Hong Li et al في عام 2000 أن الإدخال [[كيمياء كهربائية|الكهروكيميائي]] لأيونات الليثيوم في جُسيمات السيليكون النانوية وأسلاك السيليكون النانوية يؤدي إلى تكوين سبيكة ليثيوم-سيليكون غير متبلورة. في نفس العام، وصف بو جاو (Bo Gao) ومستشاره للدكتوراه، البروفيسور أوتو تشو (Otto Zhou)، دورة الخلايا الكهروكيميائية ذات المصاعد التي تتكون من أسلاك نانوية من السيليكون، ذات قدرة عكسية تتراوح من 900 إلى 1500 مللي أمبير/غرام على الأقل. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The crystal structural evolution of nano-Si anode caused by lithium insertion and extraction at room temperature|last2=Huang|first8=Ning|last7=Jun Mo|first7=Yu|last6=Yu|first6=Dapeng|last5=Zhang|first5=Ze|last4=Zhou|first4=Guangwen|last3=Chen|first3=Liquan|first2=Xuejie|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273800003623|last=Li|first=Hong|language=en|DOI=10.1016/S0167-2738(00)00362-3|issue=1|series=Proceedings of the 12th International Conference on Solid State|volume=135|pages=181–191|issn=0167-2738|date=2000-11-01|journal=Solid State Ionics|last8=Pei}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=ACS applied materials & interfaces|url=https://www.worldcat.org/title/acs-applied-materials-interfaces/oclc/605197799|journal=ACS applied materials & interfaces|date=2009|issn=1944-8244|language=English}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Nano- and bulk-silicon-based insertion anodes for lithium-ion secondary cells|DOI=10.1016/j.jpowsour.2006.09.084|first3=A. John|last2=Wang|first2=Chunsheng|last=Kasavajjula|first=Uday|language=en|issue=2|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877530602026X|series=Selected Papers presented at the FUEL PROCESSING FOR HYDROGEN PRODUCTION SYMPOSIUM at the 230th American Chemical SocietyNational Meeting Washington, DC, USA, 28 August – 1 September 2005|volume=163|pages=1003–1039|issn=0378-7753|date=2007-01-01|journal=Journal of Power Sources|last3=Appleby}}</ref><ref>{{Cite web
| url = https://www.semanticscholar.org/paper/Alloy-Formation-in-Nanostructured-Silicon-Gao-Sinha/d1971da59613f71e0f054b142e1eabfb5c544125
| title = Alloy Formation in Nanostructured Silicon
| date =
| website =
| publisher =
| accessdate =
| last =
| first =
}}</ref>
 
لتحسين استقرار مصعد الليثيوم، اقتُرِحت عدة طرق لتركيب طبقة واقية.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The journal of physical chemistry letters|url=https://www.worldcat.org/title/journal-of-physical-chemistry-letters/oclc/961371271|journal=The journal of physical chemistry letters|date=2010|issn=1948-7185|language=English}}</ref> بدأ النظر إلى السيليكون على أنه مادة مصعد لأنه يمكنه استيعاب المزيد من أيونات الليثيوم، وتخزين ما يصل إلى 10 أضعاف الشحنة الكهربائية، إلا أن هذه الخلائط بين الليثيوم والسيليكون تؤدي إلى تمدد كبير في الحجم (حوالي 400٪)،<ref>{{Cite web
| url = https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22524506/
| title = Materials for rechargeable lithium-ion batteries
| date =
| website =
| publisher =
| accessdate =
| last =
| first =
}}</ref> مما يسبب فشل ذريع للبطارية.<ref>{{استشهاد ويب
| url = https://web.archive.org/web/20160304072942/https://www-als.lbl.gov/index.php/holding/650-a-better-anode-design-to-improve-lithium-ion-batteries-.html
| title = A Better Anode Design to Improve Lithium-Ion Batteries
| date = 2016-03-04
| website = web.archive.org
| accessdate = 2021-02-14
}}</ref> استُخدِم السيليكون كمادة مصعد، لكن إدخال واستخراج الليثيوم يمكن أن يُحدِث شقوقًا في المادة. تعرض هذه الشقوق سطح السيليكون إلى [[كهرل|إلكتروليت]]، مما يتسبب في تحلل وتشكيل الطور البيني للكهرباء الصلبة ({{ملاحظة مفهرسة|اختصار لِـ Solid Electrolyte Interphase}}SEI) على سطح السيليكون الجديد (الغرافين المُكوَّم المُغلَّف بجُسيمات السيليكون النانوية). سيستمر تحسين الطور البيني للكهرباء الصلبة هذا في النمو بشكل أكبر، ويستنفد المتاح من الليثيوم، ويقلل من قدرة واستقرار دورة المصعد.
 
كانت هناك محاولات باستخدام العديد من الهياكل النانوية للسيليكون التي تشمل الأسلاك النانوية، والأنابيب النانوية، والمجالات المجوفة (Hollow Spheres)، والجُسيمات النانوية، ونانوبوروس (Nanoporous) بهدف تحمُّل إدراج/إزالة الليثيوم بدون تشقق كبير. ومع ذلك، لا يزال تشكيل الطور البيني للكهرباء الصلبة على السيليكون يحدث. لذلك سيكون الطلاء منطقيًا، من أجل حساب أي زيادة في حجم السيليكون، فإن طلاء السطح المحكم غير قابل للتطبيق. في عام 2012، ابتكر باحثون من جامعة نورث وسترن منهجًا لتغليف جزيئات السيليكون النانوية باستخدام أكسيد الغرافين (r-GO) المُكوَّم. تسمح هذه الطريقة بحماية جزيئات السيليكون النانوية من الإلكتروليت بالإضافة إلى السماح بتمدد السيليكون بدون تمدد بسبب التكوّم والتجعُّد في كرات [[غرافين|الغرافين]].
 
بدأت هذه الكبسولات كتشتت مائي لجزيئات أكسيد الغرافين والسيليكون، ثم تُرَشُّ في ضباب من القطرات التي تمر عبر فرن أنبوبي (Tube Furnace). أثناء مرورها من خلال تبخر السائل، تُسحَب صفائح أكسيد الغرافين إلى كرة مُكوَّمة بواسطة القوى الشعرية وتغليف جزيئات السيليكون معها. يوجد ملف تعريف شحن/ تفريغ [[جلفانوستات|جلفانوستاتي]] 0.05 مللي أمبير/سم<sup>2</sup> حتى 1 مللي أمبير/سم<sup>2</sup> للكثافات الحالية 0.2 إلى 4 أمبير/غرام، يوفر 1200 مللي أمبير/غرام عند 0.2 أمبير/غرام. <ref>{{Cite web
| url = https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26291867/
| title = Crumpled Graphene-Encapsulated Si Nanoparticles for Lithium Ion Battery Anodes
| date =
| website =
| publisher =
| accessdate =
| last =
| first =
}}</ref>
 
تُعد إلكتروليتات البوليمر واعدةً لتقليل تكوين التغصّنات (التكوُّمات) في الليثيوم. من المفترض أن تمنع [[مبلمر|البوليمرات]] [[دائرة قصر|دائرة القصر]] وتحافظ على الموصلية. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The journal of physical chemistry letters|url=https://www.worldcat.org/title/journal-of-physical-chemistry-letters/oclc/961371271|journal=The journal of physical chemistry letters|date=2010|issn=1948-7185|language=English}}</ref>
 
== انظر أيضًا ==