الأسفلت لشحن البطاريات

قد تكون حفنة من الأسفلت هي السر وراء بطاريات الليثيوم القادرة على الشحن بضعف سرعة اليوم، وفقًا لبحث جديد نُشر منذ فترة طويلة.

قام فريق من الباحثين من مختبر العالم جيمس تور من جامعة رايس بتطوير أقطاب كهربائية تتكون من الكربون المسامي المصنوع من الأسفلت والتي أظهرت ثباتًا استثنائيًا حتى بعد أكثر من خمسمائة دورة شحن وتفريغ. أثبتت كثافة تيار عالية للغاية تبلغ 20 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع أن المادة الجديدة يمكن استخدامها في المستقبل في أجهزة الشحن والتفريغ السريعة للغاية التي تتطلب استخدامًا هائلاً للتيار الكهربائي. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية أكس نانو.

"إن سعة هذه البطاريات كبيرة، وفي نفس الوقت المدهش فيها هو أننا قادرون على الانتقال من الصفر إلى الشحن الكامل في خمس دقائق فقط، وليس كما هو الحال اليوم، عندما تكون مدة الشحن في ساعتين على الأقل"، يقول كبير الباحثين. واستخدم فريق البحث الأبحاث السابقة في تاريخ الأسفلت، وتحديداً الجيلسونيت غير المعالج، وهي نفس المادة المستخدمة في البطارية المبتكرة، لالتقاط الغازات الدفيئة من تيار من الغاز الطبيعي. في دراستهم الحالية، قام العلماء بخلط الأسفلت مع شرائح نانوية من الجرافين الموصل للكهرباء والمغلفة بطبقة من الليثيوم من خلال الترسيب الكهروكيميائي. وقام فريق الباحثين بربط الأنود المبتكر بكاثود الكربون الكبريتي من أجل الحصول على بطارية كاملة لإجراء التجارب.

كشفت التجارب التي أجريت على البطارية المبتكرة عن ميزة أخرى مهمة: حيث شجع الكربون نفسه على تكوين شجيرات الليثيوم. تتلامس هذه الامتدادات الطويلة للراسب مع المنحل بالكهرباء. إذا أصبحت هذه الامتدادات طويلة جدًا، فقد تتسبب في حدوث قصر في الأنود والكاثود وحتى تتسبب في فشل البطارية أو اشتعال النيران أو انفجارها. إلا أن وجود الكربون المسامي المشتق من الإسفلت يمنع تكوين هذه التمديدات. وكشف مشروع سابق لفريق البحث أن أنود الجرافين وأنابيب الكربون النانوية يمنع أيضًا تكوين هذه الامتدادات. ومع ذلك، يوضح الباحث الرئيسي، أن التركيبة الجديدة أبسط بكثير.

"على الرغم من أن قدرة البطارية الجديدة مقارنة بقدرة البطارية السابقة متشابهة تمامًا، بل إنها تقترب من الحد النظري لمعدن الليثيوم، فإن التركيبة الجديدة، أي الكربون المسامي المعتمد على الأسفلت، يمكن أن تحتوي على كمية أكبر من الليثيوم لكل وحدة مساحة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تركيبة هذا الليثيوم أرخص بكثير وأسهل في التحضير". "لا تتطلب العملية خطوة طبقات باستخدام البخار أو شعاع الإلكترون، وبالإضافة إلى ذلك، ليست هناك حاجة لإنتاج الأنابيب النانوية من الجرافين، وبالتالي فإن عملية الإنتاج أبسط بكثير."

ملخص المقال

أخبار الدراسة

للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:

• أفكار ستغير العالم: بطاريات يمكنها إزالة الكربون من الغلاف الجوي
• ستسمح بطارية الليثيوم الأكسجين المحسنة بتحسين قدرة السيارات الكهربائية
• بطارية كهربائية تعمل على الماء
• جهاز واحد عبارة عن بطارية وخلية شمسية