يمكن للتغيرات الكيميائية الطفيفة في بنية البطاريات القابلة لإعادة الشحن أن تطيل العمر الإنتاجي لأجهزة الاتصالات المتنقلة والحوسبة
الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة iPod - يعتمد ازدهار الاتصالات المحمولة وأجهزة الكمبيوتر إلى حد كبير على بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن لنقل الطاقة. توفر هذه البطاريات أعلى سعة طاقة، وتتيح تشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة لفترة معقولة ولا تظهر عليها عيوب في الذاكرة مقارنة بالبطاريات الأخرى القابلة لإعادة الشحن. ومع ذلك، فإن البطاريات القابلة لإعادة الشحن المتوفرة في السوق لا تزال غير مرضية تمامًا.
تتطلب البطاريات القابلة لإعادة الشحن وخلايا الوقود الحديثة والفعالة مواد ذات قدرة متزايدة على نقل أيونات الليثيوم. طور باحثون من ألمانيا الآن نوعًا جديدًا من الموصلات الأيونية غير العضوية ذات بنية مشابهة لمعدن الأرجيروديت الطبيعي (Ag8GeS6). تقرير مجموعة من الباحثين من ألمانيا، بقيادة هانز يورج ديسروث، في مجلة Angewandte Chemie حول توصيف مادة مركبة، وهي تعادل خام الأرجيروديت، الذي يتمتع بأعلى موصلية كهربائية معروفة ويتكون من الليثيوم والفوسفور. وذرات الكبريت والبروم.
في الموصلات الأيونية، لا تنتقل الشحنة على شكل إلكترونات، وهو الوضع الموجود في المعادن؛ ومن ناحية أخرى، يتم نقل الشحنة على شكل جزيئات مشحونة - معظمها أيونات الليثيوم. يتطلب هذا النقل مواد يمكن لأيونات الليثيوم أن تتحرك فيها بحرية قدر الإمكان. بدأت المجموعة البحثية من جامعة زيغن، بالتعاون مع علماء من جامعة مونستر، أبحاثهم على هذا المعدن المعروف منذ زمن طويل - الأرجيروديت، وهو معدن طبيعي يتكون من ذرات الفضة والجرمانيوم والكبريت، تم اكتشافه في ألمانيا عام 1885. XNUMX ويحتوي بداخله على أيونات الفضة المتنقلة.
يمكن استبدال المكونات المنفصلة في الأرجيروديت بعدة ذرات أخرى دون تغيير البنية المميزة لهذا المعدن. يشير مصطلح "أرجيرودايت" اليوم إلى عائلة كاملة من المواد ذات ترتيب ذري محدد للغاية ونوع البنية المكانية.
أنتجت المجموعة التي يقودها دايسروث نسخة من هذا الخام تم فيها استبدال ذرات الفضة بذرات الليثيوم، وذرات الجرمانيوم بذرات الفوسفور وبعض ذرات الكبريت بالهاليدات (كلوريد أو بروميد أو يوديد)، والحصول على هياكل تشبه الأرجيروديت مع تكوين Li6PS5X (X: Cl-، Br-، I-).
في الشبكة البلورية، تتبنى ذرات الفسفور والكبريت والهاليد نسيجًا مكانيًا مضغوطًا من النوع رباعي السطوح تحتوي فيه المسحات، بطريقة منتظمة في الغالب، على أيونات الليثيوم. يمكن لأيونات الليثيوم "القفز" من مسحة إلى أخرى. ويشير وجود الأيونات المتحركة إلى أن البلورة تتمتع بموصلية أيونية عالية وأن الهياكل التي تحتوي على ذرات البروم تتمتع بأعلى موصلية لأيونات الليثيوم المعروفة في علم المواد الشبيهة بالأرجيرودايت. قام العلماء بفحص الأرجيروديتات الحاملة للليثيوم بعمق باستخدام دراسة البلورات حيود الأشعة السينية أحادية البلورة والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR). تسمح الاختبارات من هذا النوع بالتوصيف الدقيق للهياكل البلورية لهذه المواد وتوفر رؤى رائعة حول ديناميكيات أيونات الليثيوم المتنقلة.
تعليقات 2
في الأساس، تتكون البطارية من ثلاثة أجزاء رئيسية: الأنود الذي ينقسم عادة إلى أيون الليثيوم والإلكترون، والكاثود الذي يلتقط أيون الليثيوم والإلكترون ويتفاعل معهم، والكهارل الذي يعمل كوسيط لنقل أيونات الليثيوم. في الواقع، البطارية عبارة عن خلية كلفانية، حيث لا يكون المنحل بالكهرباء عادةً عبارة عن ماء مع ملح (أساسًا KNO3)، بل بديل آخر. يمكن أن يكون بوليمر أو أي مادة ذات موصلية أيونية عالية.
تتمتع المادة الموصوفة في المقالة بموصلية أيونية عالية، لذا فهي مناسبة لتكون بديلاً للإلكتروليت. بشكل عام، كلما كان المنحل بالكهرباء أفضل، كلما أمكن استخلاص تيار أكبر من البطارية وانخفاض المقاومة الداخلية للبطارية.
إذن ما هو الاستنتاج - هل يجب إضافة هذه المادة إلى البطاريات أم ماذا ... لماذا لا يتم كتابتها؟
ملاحظة أخرى
تنص المقالة على ما يلي: (بطاريات الليثيوم أيون) "لا تعاني من نقص في الذاكرة مقارنة بالبطاريات الأخرى القابلة لإعادة الشحن."
يجب أن: لا تظهر الذاكرة مثل البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى.
شرح: ظاهرة الذاكرة في البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي ظاهرة سلبية، حيث أنه إذا تم شحن البطارية قبل نفاذها، فإنها تتذكر وقت التشغيل القصير الذي كان مطلوبا منها أن تعمل قبل الشحن وبالتالي تقلل من قدرتها.
على سبيل المثال: تقول البطارية - يمكنني العمل لمدة أسبوع قبل أن تنفد، ولكن في كل مرة يتم شحني بعد ثلاثة أيام؛ لذا، إذا قاموا بتحصيل رسوم مني كل ثلاثة أيام على أي حال، فسوف ينفد رصيدي بعد ثلاثة أيام.