تصميم جديد لبطاريات تعمل بدرجات حرارة منخفضة
نشر مهندسون من جامعة ”الصين“ في هونج كونج بحثا جديدا في مجلة ”نانو ريسيرتش إينيرجي“، يقترحون فيه تصميما للعناصر الموصلة للكهرباء في البطاريات السائلة عند درجات الحرارة المنخفضة، وحددت الدراسة الخواص الفيزيوكيميائية للعناصر الكهربائية، مثل: مخططات الحالة، ومعدلات انتشار الأيونات، والروابط في تفاعلات الإرجاع.
ويتمثل التحدي الذي يواجه البطاريات السائلة في أن العناصر الموصلة للكهرباء تتجمد في الحرارة المنخفضة، وتنتشر الأيونات ببطء، وكذلك تفاعلات الإرجاع تكون بطيئة، ويعود ذلك إلى الصفات الفيزيوكيميائية للعناصر المستخدمة في البطاريات السائلة، ولتحسين أداء البطاريات السائلة في درجات الحرارة المنخفضة (-50 إلى -95 درجة مئوية) يجب فهم استجابة العناصر الكهربائية للبرد.
وحسب موقع ”سايتيك ديلي“، قال مؤلف الدراسة الدكتور يي تشون لو، إنه ”لرفع أداء البطاريات عند انخفاض الحرارة، يجب فهم الصفات الفيزيوكيميائية للعناصر الموصلة للكهرباء، لتصميم موصلات كهربائية في الحرارة المنخفضة“، مضيفا أن ”الموصل الكهربائي المثالي هو الذي يملك درجة حرارة تجمد منخفضة وقدرة تبريد عالية، مثل أن يبقى الموصل الكهربائي سائلا تحت درجات التجمد؛ ما يسمح بانتقال الأيونات“.
وأفاد المؤلف بأنه ”يمكن تحقيق ذلك من خلال تحسين وقت التبلور الأصغري، وزيادة نسبة درجة حرارة انتقال الذوبان إلى درجة تجمد الموصلات الكهربائية. ويمكن تحسين توصيل الشحنة الكهربائية من خلال تخفيض كمية الطاقة اللازمة لانتقال الأيونات، وتعديل تركيز الموصلات، واختيار موصلات شحنة ترفع من سرعة تفاعلات الإرجاع“.
وقارن الباحثون موصلات كهربائية عدة مستخدمة في تقنيات تخزين الكهرباء، واعتمدت الدراسة على تقارير عديدة تدرس مختلف أنواع الموصلات الكهربائية، مثل: الجيل المائي المضاد للتجمد في بطاريات الزنك وثنائي أكسيد المنغنيز.
ودرس الباحثون بانتظام مخططات التوازن وعدم التوازن لهذه الموصلات لفهم آليات مقاومتها للتجمد، وأظهرت مخططات الحالة تغير حالة الموصل الكهربائي خلال تغير الحرارة، وفحصوا أيضا درجة توصيل الكهرباء وعلاقتها بالحرارة، وتركيز المواد الموصلة للكهرباء.
