باحثون يطورون بطارية صغيرة ذات جهد عالٍ بطاقة استثنائية

كان التحدي التكنولوجي المستمر هو صعوبة تقليص الأداء الكهروكيميائي للبطاريات كبيرة الحجم إلى مصادر طاقة أصغر حجمًا، مما يعيق قدرتها على تشغيل الأجهزة الدقيقة والروبوتات الدقيقة والأجهزة الطبية القابلة للزرع، ومع ذلك فقد تغلب الباحثون في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين على هذا التحدي من خلال تطوير بطارية صغيرة عالية الجهد (9 فولت) ذات طاقة وكثافة استثنائية، لا مثيل لها في أي تصميم بطارية موجود.

وأظهر الفريق القائم علي الدراسة، أن بطاريات الليثيوم متينة وصغيرة الحجم مع جزء كتلة منخفض بشكل استثنائي في تكوينات فردية ومزدوجة وثلاثية المكدس بجهد تشغيل غير مسبوق، وكثافة طاقة عالية.

قال براون أستاذ علوم وهندسة ومدير مختبر أبحاث المواد Cell Reports Physical Science: "نحتاج إلى بطاريات صغيرة قوية لإطلاق الإمكانات الكاملة للأجهزة الدقيقة، من خلال تحسين هياكل الأقطاب الكهربائية والتوصل إلى تصميمات مبتكرة للبطاريات".

وتكمن المشكلة في أنه عندما تصبح البطاريات أصغر، تهيمن العبوة على حجم البطارية وكتلتها بينما تصبح منطقة القطب الكهربائي أصغر، وينتج عن هذا انخفاض كبير في طاقة البطارية وقوتها، وفقاً لموقع scitechdaily.

وفي تصميمهم الفريد للبطاريات الدقيقة القوية، طور الفريق تقنية تغليف جديدة تستخدم مجمعات التيار الطرفي الموجب والسالب كجزء من العبوة نفسها (بدلاً من كيان منفصل)، حيث سمح ذلك بالحجم المضغوط (0.165 سم 3) وكسر كتلة العبوة المنخفض (10.2٪) من البطاريات، بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتكديس خلايا القطب الكهربائي عموديًا في سلسلة (وبالتالي يضيف جهد كل خلية)، مما مكّن جهد التشغيل العالي للبطارية.

وهناك طريقة أخرى لتحسين هذه البطاريات الدقيقة وهي استخدام أقطاب كهربائية شديدة الكثافة توفر كثافة طاقة، وتبلغ نسبة الأقطاب الكهربائية العادية حوالي 40٪ من حيث الحجم الذي تشغله البوليمرات ومضافات الكربون (غير المواد الفعالة).

طورت مجموعة براون أقطابًا كهربائية باستخدام تقنية الترسيب الكهربائي المباشر ذات درجة الحرارة المتوسطة والتي تكون كثيفة تمامًا وبدون إضافات البوليمر والكربون، حيث توفر هذه الأقطاب الكهربائية شديدة الكثافة كثافة طاقة حجمية أكبر من نظيراتها التجارية، وتم تصنيع البطاريات الدقيقة في هذا البحث باستخدام أقطاب DirectPlateTM LiCoO2 المطلية بالكهرباء والتي تصنعها شركة Xerion Advanced Battery Corporation (XABC ، دايتون ، أوهايو)، وهي شركة انبثقت عن أبحاث براون.