تحقق بطارية معدن الصوديوم شحنًا فائق السرعة وسعة 90% بعد 2000 دورة
قام باحثون في الصين بتطوير إلكتروليت جديد شبه صلب يمكن أن يساعد بطاريات معدن الصوديوم على الشحن بشكل أسرع، وتدوم لفترة أطول، وتعمل بشكل أكثر أمانًا. قام فريق من جامعة جنوب شرق البلاد، بالتعاون مع HiNa Battery Technology وجامعة يانغتشو، بتصميم إلكتروليت ثنائي الوسيط يعالج تحديين رئيسيين في بطاريات معدن الصوديوم: النقل البطيء لأيونات الصوديوم والواجهات غير المستقرة التي يمكن أن تؤدي إلى نمو التغصنات وفشل البطارية. تجتذب بطاريات الصوديوم اهتمامًا متزايدًا كبديل أقل تكلفة لأنظمة أيونات الليثيوم لأن الصوديوم متاح على نطاق واسع وأقل عرضة لقيود سلسلة التوريد. ومع ذلك، ظل تحقيق الشحن السريع دون التضحية بعمر الدورة أمرًا صعبًا. أفاد الباحثون أن المنحل بالكهرباء الجديد الخاص بهم يوفر رقم نقل أيون الصوديوم يبلغ 0.94 مع الحفاظ على الموصلية الأيونية بمقدار 1.3 مللي ثانية سم⁻¹. عادةً ما تسجل إلكتروليتات الحالة الصلبة التقليدية أرقام التحويل بين 0.4 و0.7، مما يحد من أداء الشحن. تدفق أيوني أسرع يستخدم الإلكتروليت مزيجًا من أيونات القصدير (Sn²⁺) وأيونات ثنائي فلورو (أكسالاتو) بورات (DFOB⁻). إنهما معًا ينظمان بنية الإلكتروليت وحركة أيونات الصوديوم. ووفقا للباحثين، فإن DFOB⁻ يضعف التفاعلات بين أيونات الصوديوم وشبكة البوليمر، مما يحرر المزيد من أيونات الصوديوم للتحرك عبر المنحل بالكهرباء. أظهرت عمليات المحاكاة أن معدلات انتشار أيونات الصوديوم تصل إلى 16.8 Ų ns⁻¹، أي أسرع بست مرات تقريبًا من تلك التي شوهدت في الشوارد السائلة التقليدية. تشكل المادة أيضًا طبقات واقية على كلا قطبي البطارية أثناء التشغيل. عند أنود معدن الصوديوم، تخلق أيونات القصدير واجهة غنية بسبائك الصوديوم والقصدير والتي تعزز ترسب الصوديوم بشكل موحد. عند الكاثود، يساعد DFOB⁻ في تكوين طبقة واقية رفيعة وقوية ميكانيكيًا تقلل من تحلل الإلكتروليت. يساعد الإلكتروليت المتقدم على شحن بطاريات الصوديوم بشكل أسرع ويدوم لفترة أطول. الائتمان – جامعة الجنوب الشرقي كما يعمل التصميم المزدوج المتشابك أيضًا على تحسين استقرار الإلكتروليت بشكل عام عن طريق موازنة التنسيق الأيوني في الجزء الأكبر وفي الواجهات، مما يضمن نقل الصوديوم بشكل أكثر سلاسة في ظل الظروف الحالية العالية. وهذا يقلل من استقطاب التركيز ويساعد في الحفاظ على أداء ثابت أثناء دورات الشحن السريع في كل من التكوينات المتماثلة وكاملة الخلايا. تم تصميم هذه الطبقات البينية لقمع التشعبات، وهي هياكل معدنية تشبه الإبرة والتي يمكن أن تؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة وتقصير عمر البطارية. وكانت نتائج الأداء من بين أقوى النتائج التي تم الإبلاغ عنها لأنظمة بطاريات معدن الصوديوم. استقرار الدورة الطويلة في الاختبارات المعملية، عملت الخلايا المتماثلة للصوديوم لمدة 6000 ساعة دون حدوث أي فشل متعلق بالتغصنات عند كثافة تيار تبلغ 0.1 مللي أمبير سم⁻². وصل النظام أيضًا إلى كثافة تيار حرجة تبلغ 3.0 مللي أمبير سم⁻². عند إقرانها بكاثودات فوسفات فاناديوم الصوديوم، تظل البطاريات توفر 80.1 مللي أمبير/ساعة g⁻¹ حتى بمعدل شحن فائق السرعة يعادل الشحن الكامل في حوالي أربع دقائق. واحتفظت الخلايا أيضًا بنسبة 90% من سعتها بعد 2000 دورة شحن وتفريغ بمعدل شحن مرتفع يبلغ 3 درجات مئوية. وظل الإلكتروليت مستقرًا حتى 4.7 فولت، مما قد يزيد من توافقه مع مواد الكاثود ذات الجهد العالي. انتقل الباحثون أيضًا إلى ما هو أبعد من اختبار الخلايا المعدنية. استمرت خلايا الأكياس الخالية من الضغط في العمل أثناء طيها بشكل متكرر وتمكنت من تشغيل الهاتف الذكي. كما أظهرت تكوينات البطاريات عالية التحميل وكيمياء الكاثود البديلة نتائج واعدة. ويقول الفريق إن هذا النهج يمكن أن يمتد ليشمل بطاريات الليثيوم والبوتاسيوم المعدنية مع الحفاظ على توافقه مع أساليب تصنيع البطاريات الحالية. ونشرت الدراسة في مجلة Nano-Micro Letters.
تم النشر: 2026-06-04 21:45:00
