المواد الخام لبطاريات السيارات الكهربائية: بصيص أمل لمخلص العالم

باتري للسيارات الكهربائية (فريبيك)

YOGYAKARTA - هناك العديد من المواد المستخدمة في بطاريات السيارات الكهربائية. تستخدم بطاريات الليثيوم أيون في معظم السيارات الكهربائية الهجينة والقابلة للشحن. النيكل والمعادن هيدريد شائع للسيارات الهجينة. ويجري إدخال مواد أحدث كمواد خام لبطاريات السيارات الكهربائية، مثل بوليمرات الليثيوم وفوسفات الحديد الليثيوم، مع وجود المزيد في الأفق لتحدي تلك التي يشيع استخدامها.

كل مادة بطارية لها نقاط القوة والضعف الخاصة بها. هيدريد النيكل والمعادن له تكلفة معتدلة ولكن كثافة طاقة أقل من البطاريات الأخرى ، في حين أن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم تستخدم كيمياء الليثيوم أيون ولكن مع كاثودات فوسفات الحديد بحيث ، عند مقارنتها بالأنواع الأخرى من بطاريات  الليثيوم أيون ، فإنها توفر حرارة فائقة واستقرارا كيميائيا دون التعرض لخطر الحريق ولكن مع كثافة طاقة أقل.

على الرغم من أن بوليمرات الليثيوم يمكن تشكيلها بأي شكل من الأشكال ، إلا أنها تعتبر أكثر تكلفة ولها كثافة طاقة أقل من أيونات الليثيوم القياسية.

المواد الخام لبطاريات السيارات الكهربائية

ليثيوم الكبريت

يوجد داخل خط الأنابيب أيضا بطارية ليثيوم وكبريت مع كاثود كبريت قابل لإعادة الشحن ، من الناحية النظرية ، لتشغيل سيارة كهربائية ثلاث مرات أكثر من بطارية ليثيوم أيون الحالية من نفس الوزن وبتكلفة أقل. يتم اختبار النظرية من قبل باحثين بقيادة أستاذة الكيمياء ليندا نزار ، دكتوراه في جامعة واترلو. في عام 2009 ، أظهرت مجموعته جدوى بطاريات الليثيوم والكبريت باستخدام المواد النانوية. ومنذ ذلك الحين، ركزت المجموعة على تثبيت الكبريت، نظرا لأنه على الرغم من وفرته وخفيفته وعدم تكلفته، إلا أنه قابل للذوبان بسهولة من الإلكترونات الواردة.

أظهرت التجارب الآن أن السطح المؤكسج لورقة نانوية رقيقة للغاية من ثاني أكسيد المنغنيز (MnO2) يعيد تدوير الكبريتيد كيميائيا في عملية تنطوي على وسيط مرتبط بالسطح يسمى polythiosulfate بطريقة ، بدلا من الذوبان بسرعة في البطارية ، يعيد شحن البطارية. من خلال أكثر من 2000 دورة.

تصنف المجموعة التفاعل على أنه مشابه للتفاعل الموجود في التجارب الكيميائية المبكرة للكبريت التي أجريت في ألمانيا حوالي عام 1845.

أيونات الليثيوم

ليثيوم أيون هو المادة المفضلة للسيارات الكهربائية تسلا موتورز. ومن خلال العمل مع باناسونيك، خفضوا تكلفة البطارية إلى النصف وزادوا من سعتها التخزينية بنسبة 60٪. تبيع دوبونت أيضا بطاريات ليثيوم أيون التي تحمل علامة Energain-التجارية للسيارات الكهربائية التي يزعم أنها أقوى بنسبة 15٪ إلى 30٪ من بطاريات السيارات الكهربائية المماثلة الأخرى.

في بطاريات الليثيوم أيون ، يتكون القطب السالب من الجرافيت ، وهو شكل من أشكال الكربون ، ويتكون القطب الموجب من أكاسيد المعادن ، مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم ، والمنحل بالكهرباء هو ملح ليثيوم مذاب في مذيب عضوي. حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية تخلق طاقة البطارية. من المعروف أن بطاريات الليثيوم أيون خفيفة الوزن ولكنها تتلف بسهولة مع تقدم العمر.

تصنع شركة نيكسون البريطانية بطاريات ليثيوم أيون بالسيليكون بدلا من أنودات الكربون مع ميزة كثافة طاقة أعلى لكل وحدة كتلة مقارنة بالبطاريات الأخرى وزيادة في السعة تصل إلى 40٪ وزيادة في طول العمر. كما تدعي الشركة انخفاض تكاليف الإنتاج مقارنة بالمواد الأخرى وإمكانية تصميم أخف وزنا مناسب للسيارات الهجينة.

ليثيوم أكسجين

كما أن بطارية الليثيوم والأكسجين القادرة على إعادة شحن أكثر من 2000 دورة طورها باحثون من جامعة كامبريدج. وتعتقد البروفيسورة كلير غراي، قائدة الأبحاث، أن نسخة تطبيقية من نموذجها الأولي يمكن أن تستغرق عقدا آخر. تتكون نسختها من قطب كربون مصنوع من الجرافين (يتكون من ورقة من ذرات الكربون بسماكة ذرة واحدة) ، وإضافات تغير التفاعلات الكيميائية التي تعمل في البطارية ، مما يجعلها أكثر استقرارا وكفاءة. على وجه الخصوص ، تستخدم هذه البطاريات هيدروكسيد الليثيوم بدلا من بيروكسيد الليثيوم ، وتضيف الماء ويوديد الليثيوم كوسطاء بحيث تخضع البطارية لتفاعلات كيميائية أقل ، مما يجعلها أكثر استقرارا.

قلل الباحثون من "فجوة الجهد" بين الشحن والتفريغ إلى 0.2 فولت مقارنة بالإصدارات السابقة من بطاريات الليثيوم والهواء الأقل كفاءة. الكفاءة ، التي يمكن إرجاعها إلى أقطاب الجرافين عالية المسامية ، تزيد بشكل كبير من قدرة المتظاهرين الذين لا يمكن إعادة تدويرهم إلا في الأكسجين النقي. تعمل هذه المجموعة على حماية الأقطاب الكهربائية المعدنية للبطارية من تشكيل ألياف الليثيوم المعدنية ، أو التشعبات ، والتي يمكن أن تسبب دوائر كهربائية قصيرة للبطارية.

بعد معرفة المواد الخام لبطاريات السيارات الكهربائية ، تحقق من أخبار أخرى مثيرة للاهتمام على VOI ، فقد حان الوقت لإحداث ثورة في الأخبار!