بطاريات سائلة أيونية جديدة

يقدم علماء من قسم علوم وتكنولوجيا المواد في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية أدلة دامغة على وجود طريق لتطوير أجهزة مبتكرة وخفيفة الوزن لتخزين الطاقة. 

يقدم علماء من قسم علوم وتكنولوجيا المواد في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية أدلة دامغة على وجود طريق لتطوير أجهزة مبتكرة وخفيفة الوزن لتخزين الطاقة. من خلال الانحراف عن قرون من تطوير خلايا البطارية استنادًا إلى محلول مائي كاوي وخطير، لاستخدام سوائل أيونية مستقرة وغير متطايرة، يتوقع العلماء ظهور مجموعة متنوعة من أنواع البطاريات الجديدة.

بدلاً من الاعتماد على إلكتروليتات حمضية بشكل خاص، يتم استخدام السوائل الأيونية لتحضير إلكتروليت بوليمر صلب يتكون من سائل أيوني وكحول بولي فينيل، ومنه يتم تطوير أنواع جديدة من بطاريات الحالة الصلبة بجهد كهربائي يصل إلى 1.8 فولت.

شجعت الخصائص الفريدة للسوائل الأيونية الاهتمام المتزايد بالتطبيقات في مجال البطاريات. السوائل الأيونية عبارة عن أملاح منصهرة في درجة حرارة الغرفة وتتميز بالعديد من الخصائص المهمة، مثل: ضغط بخار يقارب الصفر، وعدم القابلية للاشتعال، وقلة النشاط في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية أو الكهروكيميائية. وقال الدكتور توماس سوتو: "إن الاستقرار الحراري والكهروكيميائي العالي للسوائل الأيونية هو ما شجع الاهتمام المتزايد بالسوائل الأيونية لاستخدامها في مجموعة متنوعة من العمليات الكهروكيميائية". "هذه الأنواع الجديدة من الخلايا الصلبة تحاكي الخلايا القلوية الطبيعية، ولكن دون الحاجة إلى استخدام الشوارد الموصلة."

غالبًا ما تؤدي القيود المفروضة على استخدام الإلكتروليتات المنصهرة إلى قيود خطيرة على الشكل الهندسي للبطارية التقليدية والحاجة إلى حاويات بطاريات خاصة مقاومة للانصهار. إن استخدام السوائل الأيونية النشطة في الخلايا غير المائية يحل محل الشوارد القلوية الأكثر خطورة مثل أكسيد المغنيسيوم (MgO) والزنك (Zn) الموجود في البطاريات التقليدية.

تم اكتشاف مصدر هذا البحث خلال دراسات الاندماج العادي للمعادن المختلفة في السوائل الأيونية. أثناء العمل مع السوائل الأيونية المعتمدة على الأحماض المعدنية، مثل كبريتات الهيدروجين، وجد الباحثون أن معدن الزنك يتفاعل للحصول على كبريتات الزنك. وبما أن التفاعل مشابه للذي يحدث في أنود الزنك في خلية قلوية طبيعية، فقد أجرى الباحثون سلسلة من التجارب لتحديد كيفية تفاعل أكاسيد المعادن المختلفة في هذه الأنواع من السوائل الأيونية.

أظهرت التجارب الكهروكيميائية أن هذه السوائل الأيونية النشطة لا تعمل فقط كمحلول كهربائي/فاصل في كل من البطاريات الصلبة والسائلة، ولكنها تعمل أيضًا كمواد متفاعلة في التفاعل الكهروكيميائي نفسه الذي يحدث في الخلية. باستخدام هذا النهج غير المائي لمصادر الطاقة الأولية والثانوية، يمكن تصميم البطاريات باستخدام مواد الأنود والكاثود المشتركة مثل ثاني أكسيد المغنيسيوم (MgO2)، وثاني أكسيد الرصاص (PbO2) وأكسيد الفضة (AgO). السائل الأيوني الذي كان أساس هذا البحث هو 1-إيثيل-3-ميثيلميدازوليوم كبريتات الهيدروجين (EMIHSO4)، ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام السوائل الأيونية الأخرى مثل تلك المعتمدة على النترات وأنيونات ثنائي فوسفات الهيدروجين لتصميم البطاريات. من هذا النوع.

يوفر استخدام هذه الإلكتروليتات إمكانية تطوير أنواع جديدة من الأنظمة القابلة لإعادة الشحن التي يمكن أن تحل محل الإلكتروليتات في بطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH) أو حتى في بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية.

أخبار الدراسة