طور علماء في جامعة ستانفورد بطارية تعتمد على أيون الألومنيوم، والتي يمكن أن تحل محل معظم بطاريات أيون الليثيوم والبطاريات القلوية المستخدمة اليوم.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
قام علماء من جامعة ستانفورد بتطوير بطارية ألمنيوم عالية الأداء، وهي الأولى على الإطلاق التي يمكن إعادة شحنها بسرعة كبيرة، وهي مستقرة مع مرور الوقت وغير مكلفة. ويدعي الباحثون أن التكنولوجيا المبتكرة توفر بديلاً آمنًا للبطاريات التجارية الشائعة في العالم اليوم.
"لقد نجحنا في تطوير بطارية ألومنيوم قابلة لإعادة الشحن قد تحل في المستقبل محل أجهزة تخزين الطاقة الموجودة، مثل البطاريات القلوية الضارة بالبيئة، وبطاريات الليثيوم أيون التي قد تشتعل بين الحين والآخر. وقال هونغ جي داي، أستاذ الكيمياء في جامعة ستانفورد: "على النقيض من ذلك، لن تشتعل بطاريتنا، حتى لو قمت بحفر ثقب فيها". يصف الباحثون اختراعهم الجديد في مجلة Nature العلمية المرموقة.
تعتبر مادة الألمنيوم (الحمران بالعبرية) منذ سنوات عديدة مادة مغرية كقاعدة للبطاريات، ويرجع ذلك أساسًا إلى سعرها المنخفض، وانخفاض مستوى قابليتها للاشتعال، وقدرتها العالية على تخزين الكهرباء. لعقود من الزمن ظل الباحثون يحاولون، دون جدوى، تطوير بطارية أيون الألومنيوم التي يمكن أن تصل إلى السوق التجارية. وكان التحدي الرئيسي يتمثل في العثور على مواد يمكنها توليد ما يكفي من الكهرباء حتى بعد عدة دورات من الشحن والتفريغ.
اكتشاف عرضي
تشتمل بطارية أيون الألومنيوم على قطبين كهربائيين: أنود سالب الشحنة مصنوع من الألومنيوم وكاثود موجب الشحنة. يوضح الباحث الرئيسي: "لقد حاول العلماء سابقًا استخدام أنواع مختلفة من المواد لبناء الكاثود". "لقد اكتشفنا، بالصدفة تماما، أن الحل البسيط لهذا هو استخدام الجرافيت، وهو في الأساس مجموعة من ذرات الكربون. وكجزء من بحثنا، حددنا نوعين من الجرافيت يعطيان نتائج جيدة." بالنسبة للبطارية الأولية، وضع الباحثون أنودًا من الألومنيوم وكاثودًا من الجرافيت، بالإضافة إلى إلكتروليت سائل أيوني (ويكيبيديا)، داخل خلية مرنة ذات طلاء بوليمر. يوضح الباحث: "إن الإلكتروليت هو في الواقع ملح موجود في حالة سائلة في درجة حرارة الغرفة، لذا فهو مادة آمنة للغاية". ويشير الباحث إلى أن "البطاريات المعتمدة على مادة الألومنيوم أكثر أماناً من البطاريات المعتمدة على أيون الليثيوم المستخدمة حالياً في ملايين أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة". ويضيف: "يمكن أن تشكل بطاريات الليثيوم أيون خطر الحريق". على سبيل المثال، يشير إلى أن شركات الطيران في الولايات المتحدة حظرت شحن كميات كبيرة من بطاريات أيون الليثيوم داخل طائرات الركاب. يقول الباحث الرئيسي: "كجزء من بحثنا، سجلنا مقاطع فيديو تظهر أنه حتى لو قمنا بالحفر عبر بطارية الألومنيوم، فإنها تستمر في العمل دون اشتعال أو اشتعال النيران". "من ناحية أخرى، يمكن أن تشتعل بطاريات الليثيوم بشكل غير متوقع - في الهواء، في السيارة أو حتى في جيبك. وإلى جانب المستوى العالي من الأمان، فقد حققنا أيضًا اختراقات فيما يتعلق بأداء البطارية.
أحد الأمثلة على هذا الأداء هو الشحن السريع للغاية. ويعلم مستخدمو الهواتف الذكية أن شحن أجهزتهم، التي تحتوي على بطاريات الليثيوم، يمكن أن يستغرق عدة ساعات. في المقابل، أفاد الباحثون في جامعة ستانفورد عن "أوقات شحن غير مسبوقة" تبلغ حوالي دقيقة واحدة فقط. المتانة عامل مهم آخر. تنتهي بطاريات الألومنيوم التي تم تطويرها في مختبرات أخرى، عادة، بعد حوالي 100 دورة شحن فقط. وبالمقارنة، ظلت البطارية الجديدة نشطة حتى بعد 7500 دورة شحن دون أن تفقد كفاءتها. وأكد الباحثون أن "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج بطارية أيون الألومنيوم التي تتمتع بوقت شحن سريع للغاية إلى جانب ثبات يزيد عن آلاف دورات الشحن". ويشير الباحث الرئيسي إلى أن "الميزة المهمة الأخرى لبطارية الألومنيوم لدينا هي مرونتها المادية - حيث يمكنك ثنيها وثنيها، بحيث يمكن دمجها في الأجهزة الإلكترونية المرنة". "بالإضافة إلى ذلك، الألومنيوم مادة أرخص بكثير من الليثيوم." وبالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، يمكن استخدام بطاريات الألمنيوم لتخزين الطاقة المتجددة ضمن الشبكة الكهربائية المنزلية. ويوضح الباحث أن "الشبكة الكهربائية المنزلية تحتاج إلى بطارية ذات عدد كبير من دورات الشحن، حتى تتمكن من تخزين الطاقة وإطلاقها بسرعة". ويقول الباحث إن تكنولوجيا البطاريات المعتمدة على أيون الألومنيوم توفر أيضًا بديلاً صديقًا للبيئة للبطاريات القلوية التي يمكن التخلص منها.
تعليقات 12
مرحبا، أوصي بشركة ألمنيوم جيدة
لسوء الحظ، المعلقون هنا ليسوا متخصصين في مجال الإلكترونيات وهذه المنصة ليست واضحة لهم.
بالنسبة لأعيننا، هناك فرق جوهري بين الغطاء الفائق وغطاء البطارية، حيث تحافظ البطارية على جهدها بشكل كامل تقريبًا حتى يتم تفريغها. يتحلل المكثف وفقًا للصيغة الأسية، أي أنه من جهد البطارية يمكنك معرفة مقدار الطاقة الموجودة فيه بالضبط.
لا توجد مشكلة في إضافة ارتباط بين المكثف والعالم الخارجي. في الدائرة، قمت بتطوير دائرة للمكثف الفائق، والتي تبلغ كفاءتها 96٪ وتتوافق تمامًا مع أس اضمحلال المكثف.
التطوير المذكور هو عبارة عن بطارية لكل شيء وأي شيء، وتتصرف كالبطارية. ييجال على حق فيما يتعلق بقطب الجرافيت.. إذا اتصلوا بي، فقد تم تطوير قطب جرافيت مرن في مختبراتنا وهو قريب من صلابة النحاس.
لقد أشرقت بالسعادة
وبعد ذلك وصلت إلى التعليقات..
أحتاج إلى جمع نفسي
شكرا هرتزل، يبدو الأمر الآن أبعد مما كنت أعتقد.
هل يعرف أحد ما هو فرق السعر؟ الليثيوم مقابل الألومنيوم
عادة إذا كان هناك اختلاف كبير فإن التطور يتسارع..
لذلك راجعت المقال الأصلي. إنها حقا بطارية قابلة للشحن. المشكلة الرئيسية هي أن كمية الطاقة لكل وحدة وزن لا تتجاوز ربع بطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن.
تكمن المشكلة في أن كاثود الجرافيت قد ينكسر كل يوم اثنين وخميس عند ثني الهاتف
أعجبني المقال عن بطاريات الألمنيوم
اولا. جميع البطاريات القابلة لإعادة الشحن (وربما غير القابلة لإعادة الشحن أيضًا) لا تحتوي على جهد خرج ثابت أثناء التشغيل. يكون جهد الخرج مرتفعًا عندما يتم شحنها بنسبة 100 بالمائة وينخفض (على سبيل المثال 20 بالمائة) عندما يتم تفريغها إلى 0 بالمائة.
ثانيًا. أنا لا أفهم الإلكترونيات الدقيقة، لكنني لا أرى أن هناك عائقًا تكنولوجيًا أساسيًا أمام بناء بطارية من مجموعة كبيرة من المكثفات الصغيرة عندما يتم تفريغ كل مكثف بشكل منفصل "خارج المجموعة" ويتم تفريغه جزئيًا "في المكثفات المجاورة له داخل المجموعة". يتيح ذلك لبنك المكثف أن يعمل مثل البطارية المشحونة التي ينخفض جهد خرجها قليلاً (على سبيل المثال انخفاض الجهد بنسبة 20 بالمائة) حتى يتم تفريغ البنك بالكامل. بالطبع، هناك حيل أخرى ممكنة لتحويل المكثف إلى بطارية قابلة لإعادة الشحن.
وبالطبع من الممكن أن تكون طريقة تشغيل بطارية الألومنيوم المذكورة في المقال مختلفة تمامًا عما وصفته. طالما لا توجد تفاصيل فنية في المنشور فلن نعرف.
على الرغم من أنه يشبه الألمنيوم كمكثف كهربائي موجود منذ 90 عامًا، إلا أن ما تم وصفه في هذه المقالة هو في الأساس بطارية قابلة لإعادة الشحن وليس مكثفًا!
إذا كان بالفعل مكثفًا، فإن المشكلة الرئيسية هي كمية الطاقة المخزنة، وهي أقل بكثير من البطارية القابلة لإعادة الشحن (الاسم التقني: الخلية الثانوية).
إنها ليست بطارية، إنها مكثفة ويمكن لأي طفل أن يصنعها، هناك شروحات على اليوتيوب. لا يوجد شيء جديد هنا، لدي الكثير منهم في المنزل، لقد اشتريتهم على AliExpress تحت اسم Super Capacitor. وهو ليس بديلاً بسيطًا للبطاريات، لأن جهاز الاستقبال يعمل بشكل مختلف عنها. أثناء عملية تفريغها، ينخفض الجهد إلى الصفر، على عكس البطارية التي تحافظ على منطقة الجهد، فإن انخفاضها يكون قليلًا. لذلك تعتبر المكثفات مشكلة، فمن الضروري توصيل وحدة الجهد بها.
منذ سنوات، يتم نشر مثل هذه المقالات وكأن أحد الأطفال هو من اخترع العجلة، لكن هذه التكنولوجيا معروفة منذ زمن طويل وهي متوفرة أيضًا في الأسواق للضروريات.