يفتح الجرافين الأبواب أمام بطاريات أيونات الصوديوم المستدامة

على الرغم من أن أيونات الليثيوم تعمل بشكل جيد لتخزين الطاقة ، إلا أن الليثيوم معدن باهظ الثمن مع وجود مخاوف بشأن إمداداته على المدى الطويل والقضايا البيئية.

من ناحية أخرى ، الصوديوم معدن وفير ومنخفض التكلفة ، والمكون الرئيسي في مياه البحر (وفي ملح المطبخ). هذا يجعل بطاريات أيون الصوديوم بديلاً مثيرًا للاهتمام ومستدامًا لتقليل حاجتنا إلى المواد الخام الهامة. ومع ذلك ، فإن أحد التحديات الرئيسية هو زيادة القدرة.

في المستوى الحالي للأداء ، لا يمكن لبطاريات أيون الصوديوم منافسة خلايا الليثيوم أيون. أحد العوامل المحددة هو الجرافيت ، الذي يتكون من طبقات مكدسة من الجرافين ، ويستخدم كأنود في بطاريات الليثيوم أيون اليوم.

تقطع الأيونات في الجرافيت ، مما يعني أنها يمكن أن تتحرك داخل وخارج طبقات الجرافين وتخزينها لاستخدام الطاقة. أيونات الصوديوم أكبر من أيونات الليثيوم وتتفاعل بشكل مختلف. لذلك ، لا يمكن تخزينها بكفاءة في بنية الجرافيت. لكن الباحثين في تشالمرز توصلوا إلى طريقة جديدة لحل هذه المشكلة.

جينهوا صن ، باحث في قسم العلوم الصناعية والمواد في تشالمرز والمؤلف الأول للورقة العلمية ، التي نُشرت في Science Advances.

أضفنا مباعد جزيء على جانب واحد من طبقة الجرافين.

"عندما يتم تكديس الطبقات معًا ، يخلق الجزيء مساحة أكبر بين ألواح الجرافين ويوفر نقطة تفاعل ، مما يؤدي إلى سعة أعلى بشكل ملحوظ ،"

عشرة أضعاف قدرة الطاقة للجرافيت القياسي

عادةً ما تكون قدرة إقحام الصوديوم في الجرافيت القياسي حوالي 35 مللي أمبير لكل جرام (مللي أمبير جرام). هذا أقل من عُشر القدرة على إقحام أيون الليثيوم في الجرافيت. مع الجرافين الجديد ، تبلغ السعة المحددة لأيونات الصوديوم 332 مللي أمبير ساعة لكل جرام - تقترب من قيمة الليثيوم في الجرافيت. أظهرت النتائج أيضًا قابلية انعكاس كاملة وثباتًا عاليًا في ركوب الدراجات.

البروفيسور ألكسندر ماتيتش في قسم الفيزياء في تشالمرز.

كان الأمر مثيرًا حقًا عندما لاحظنا إقحام أيون الصوديوم بهذه السعة العالية.

"لا يزال البحث في مرحلة مبكرة ، لكن النتائج واعدة للغاية. يوضح هذا أنه من الممكن تصميم طبقات الجرافين في بنية مرتبة تناسب أيونات الصوديوم ، مما يجعلها قابلة للمقارنة مع الجرافيت ، "

يفتح جانوس جرافين "Divine" الباب أمام بطاريات مستدامة

بدأ الدراسة من قبل فينتشنزو باليرمو في منصبه السابق كنائب مدير جرافين فلاجشيب ، وهو مشروع تموله المفوضية الأوروبية وتنسيقه جامعة تشالمرز للتكنولوجيا.

يحتوي الجرافين الجديد على وظائف كيميائية غير متماثلة على وجوه متقابلة ، ولذلك يُطلق عليه غالبًا اسم جانوس الجرافين ، على اسم الإله الروماني القديم ذو الوجهين يانوس - إله البدايات الجديدة ، المرتبط بالأبواب والبوابات ، والخطوات الأولى للرحلة. في هذه الحالة ، يرتبط جانوس الجرافين جيدًا بالأساطير الرومانية ، مما قد يفتح الأبواب أمام بطاريات أيون الصوديوم عالية السعة.

فينسينزو باليرمو ، أستاذ منتسب في قسم العلوم الصناعية والمواد في تشالمرز.