مساعدة "طريقة قالب الكبريت" لبطاريات ليثيوم أيون
في السنوات الأخيرة ، تطورت المنتجات الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة نحو أخف وزنا وأرق. من بينها ، يظل عمر البطارية الثانوية (القابلة لإعادة الشحن) كما هو أو أصغر ، ولكن يتم تحسين عمر البطارية باستمرار. بالإضافة إلى ذلك ، في عصر مركبات الطاقة الجديدة ، تعد كيفية الحصول على نطاق أطول من الكهرباء في مساحة محدودة من الجسم مشكلة تحتاج إلى حل. من أجل جعل الجيل القادم من بطاريات الليثيوم أخف وزنا ، طور الفريق العلمي بجامعة تيانجين "طريقة قالب الكبريت".
استجابة للطلب المتزايد ، يعمل الباحثون على تحسين أداء البطاريات الثانوية. ووجد الباحثون أن تقنية النانو يمكن أن تجعل البطاريات "أخف وزنا" و "أسرع"، ولكن بسبب انخفاض كثافة المواد النانوية، أصبحت "الأصغر" مشكلة للباحثين في مجال تخزين الطاقة.
في الآونة الأخيرة ، اقترح البروفيسور يانغ تشوانهونغ من كلية الهندسة الكيميائية بجامعة تيانجين وفريقه البحثي "طريقة قالب الكبريت". وأكملوا أخيرا تغليف الجرافين للجسيمات النشطة "المصمم خصيصا" من خلال تصميم مواد الأنود لبطاريات ليثيوم أيون ذات كثافة طاقة عالية الحجم. اجعل من الممكن جعل بطاريات الليثيوم أيون "أصغر".
في دراسة خصائص المواد ، وجد الباحثون أنه على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون لديها بالفعل كثافة طاقة عالية ، فمن المتوقع أن تحل المواد غير الكربونية مثل القصدير والسيليكون محل الجرافيت التجاري الحالي وتحسن بشكل كبير من كثافة الطاقة الجماعية لبطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك ، فإن مشكلة توسيع حجم هاتين المادتين تحد من تطبيقهما وتطويرهما.
لذلك ، حل الباحثون هذه المشكلة باستخدام هياكل أقفاص الكربون المبنية من مواد الكربون النانوية المحسنة. استنادا إلى تجميع الجرافين بين الوجوه ، اخترعوا تقنية قالب الكبريت لأقفاص الكربون المسامية الكثيفة المصممة بدقة.
في عملية بناء شبكات الجرافين الكثيفة باستخدام تقنيات التبخر الشعري ، قدم الباحثون الكبريت كقالب حجم قابل للتدفق لإكمال تخصيص معاطف الجرافين والكربون للجسيمات النشطة غير الكربونية. في التجربة ، من خلال تعديل كمية قالب الكبريت المستخدم ، يمكنهم التحكم بدقة في بنية قفص الجرافين والكربون ثلاثي الأبعاد لتحقيق طلاء "مناسب" للجسيمات النشطة غير الكربونية ، وذلك لتخزين الجسيمات النشطة الضخمة غير الكربونية الناجمة عن تداخل الليثيوم بشكل فعال. توسيع الحجم يجعلها تظهر أداء ممتازا للحجم كقطب سالب لبطاريات الليثيوم أيون.
من خلال هذا البحث ، نجح فريق بحث البروفيسور يانغ تشوانهونغ في حل مشكلة عنق الزجاجة المتمثلة في الكثافة العالية ومسامية المواد الكربونية ، وحصل على مواد كربونية مسامية عالية الكثافة.
تجدر الإشارة إلى أن فكرة التصميم "المصممة خصيصا" لهيكل قفص الكربون القائم على تجميع الجرافين يمكن توسيعها لتشمل استراتيجية بناء معممة للجيل التالي من بطاريات الليثيوم أيون عالية الطاقة ومواد القطب الكهربائي مثل بطاريات الليثيوم والكبريت وبطاريات الليثيوم والهواء. من المتوقع أن تحقق بطارية تخزين الطاقة "حجما صغيرا" و "سعة عالية" ، والتي تلبي إلى حد كبير احتياجات قابلية نقل المستخدمين.
