اكتشاف روسي لمادة جديدة تُستخدم في صناعة البطاريات

تمكن علماء من روسيا من تطوير مادة جديدة ستسرع عملية شحن البطاريات بمقدار 1.5 مرة وزيادة سعتها خمسة أضعاف ، ووفقا للبيانات الأولية فإن البطارية تحتوي على هذه المادة لن تفقد خصائصها في درجات الحرارة المنخفضة والمرتفعة، مما سيمكن من تطوير أنظمة تغذية أكثر تطورا للهواتف الذكية والحواسب المحمولة والسيارات الكهربائية.

صرح العلماء أن عملية تخزين واستهلاك الشحنة في البطارية الحديثة هما عمليتان متعاكستان ترتبطان باتجاه حركة الجسيمات المشحونة (أيونات الليثيوم) داخل البطارية، لذلك تعتمد سرعة الشحن على سرعة عبور هذه الجسيمات بين الأقطاب، بينما تعتمد سعة البطارية على كمية أيونات الليثيوم التي يمكن لأحد الأقطاب تخزينها، والمواد التي تعمل كـ"مستودع" للشحنة تتمتع غالبا بسعة عالية، لكنها حساسة في درجات الحرارة المنخفضة أو المرتفعة جدا. بالإضافة إلى ذلك، تفقد مواد الأقطاب هذه القائمة على أكسيد الكوبالت مع الليثيوم (LiCoO₂) خصائصها مع كثرة عمليات الشحن والتفريغ، وهو ما يفسر سبب انتفاخ بعض الهواتف الذكية ونفاد طاقتها بسرعة بعد سنوات من الاستخدام.

ولتحسين مادة القطب "التخزيني"، في البطاريات، اقترح العلماء إضافة الجرافين – وهي مادة كربونية يمكن "تمديدها" إلى طبقة بسماكة ذرة واحدة، وباستخدام المحاكاة الحاسوبية اكتشف الباحثون أن تناوب طبقات الجرافين و LiCoO₂ ينتج مادة أكثر كفاءة للبطاريات.

واتضح للعلماء أن البنية التي تكون فيها نسبة أكسيد الكوبالت مع الليثيوم إلى الجرافين 8 أضعاف من حيث الكتلة، توفر أفضل حركة للأيونات – أسرع بمقدار 1.6 مرة مقارنة بأكسيد الكوبالت النقي، وبالتالي سيكون شحن هذه البطارية أسرع بكثير، كما ارتفعت سعة هذه المادة بأكثر من خمسة أضعاف، ولم تنخفض حتى عند تبريدها إلى -40 درجة مئوية أو تسخينها إلى +80 درجة مئوية.