استراتيجيات لتحسين بطاريات أيونات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن

أحد أكبر الاهتمامات البيئية في المستقبل القريب هو الاحتباس الحراري الناجم عن الأنشطة البشرية بسبب انبعاثات الكربون. السيارات الكهربائية لقد حظيت باهتمام كبير كبديل جديد للمواصلات البرية لقلة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. الكفاءة العالية للمحركات الكهربائية وقدرتها على توليد الكهرباء من مصادر منخفضة الكربون من المتوقع أن تقلل من هذه الانبعاثات في السيارات الكهربائية.

ومع ذلك، تعرضت السيارات الكهربائية لانتقادات في الآونة الأخيرة بسبب عمليات التصنيع الكثيفة الاستهلاك للطاقة وفي الحقيقة فأن العديد من المركبات الكهربائية يتم شحنها حاليًا باستخدام الكهرباء التي يتم إنتاجها جزئيًا من الوقود الأحفوري.

مجموعة البروفيسور راماكريشنا بوديلا في جامعة كليمسون نشرت مؤخرًا مقالة في نانوتكنواوجي ريفيو “Nanotechnology Reviews” بعنوان (“استراتيجيات لتحسين بطاريات أيونات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن: من المواد الفعالة إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون”) بالإضافة إلى مراجعة التطورات في كيمياء البطاريات الجديدة، قدموا رؤى جديدة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون من تصنيع البطاريات.

“هناك العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حول الآثار المترتبة على دورة حياة الغازات المستخدمة في السيارات الكهربائية، خاصة فيما يتعلق بالتقديرات المبكرة للانبعاثات الناتجة من البطاريات. “هذا ما أوضحه الدكتور راماكريشنا بوديلا، أستاذ الفيزياء المشارك في جامعة كليمسون والمشرف على الدراسة.

يتطلب تصنيع المركبات الكهربائية مزيدًا من الطاقة وينتج انبعاثات أكثر من تصنيع السيارات التقليدية بسبب البطاريات أيونات الليثيوم. ﻷن إنتاجها يتطلب عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثلما يتم استخراج المعادن الأرضية النادرة وتنقيتها. انبعاثات تصنيع البطاريات ليست كجميع المواد الكيميائية والبطارية.

مواد البطارية التي توفر أعلى طاقة وكثافتها ليست صديقة للبيئة كثيرا. في الواقع، بعض مواد البطاريات المستخدمة بكثرة في بطارية أيونات الليثيوم (على سبيل المثال، أكسيد الكوبالت الليثيوم) يؤدي إلى زيادة كبيرة في الانبعاثات الناتجة عن التصنيع.

“بعض مواد البطاريات صديقة للبيئة أكثر من غيرها. على سبيل المثال، فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) تنتج انبعاثات أقل من أكسيد كوبالت النيكل والمنغنيز (NMC) وفق ما شرحه الدكتور شيليدرا جيلووال “Shailendra Chiluwal”، الباحث المراجع الرئيسي. ويستطرد “حتى داخل نفس النوع من المادة، على سبيل المثال (NMC) فإن صافي الانبعاثات من تصنيع البطاريات مختلفة بناء على الطريقة المستخدمة “.

بينما البحث في البطاريات المتطورة مستمر بسرعة، كان هناك القليل من التركيز على تأثير اختيار المواد وطرق التوليف على انبعاثات تصنيع البطاريات. في هذا الصدد، تقترح المقالة المراجعة مقياس جديد بالإضافة إلى الطاقة التقليدية وكثافة الطاقة بمعنى، انبعاثات ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة لمادة البطارية المحددة، والتركيب الكيميائي والبنية المعمارية.

“الدوريات العالية التأثير يجب أن تنظر بجدية النظر في التغييرات المحتملة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من تصميمات البطاريات المقترحة، “كما قال بوديلا، “في الواقع، انبعاثات تصنيع البطاريات يجب أن تكون التقديرات فيها جزءًا مهمًا من المراجعة من أجل تحديد المواد الصديقة للبيئة بشكل أفضل بدلاً من التركيز فقط على الطاقة وكثافتها مع تجاهل التام لانبعاثات التصنيع “.

مقالة المراجعة تظهر أيضا كيف تعتمد انبعاثات تصنيع البطاريات بشدة على الموقع الجغرافي. معظم بطاريات أيونات الليثيوم في السيارات الكهربائية يتم إنتاجها في دول أخرى غير الولايات المتحدة الأمريكية، حيث يأتي ما يقرب من 25٪ إلى 40٪ من توليد الكهرباء من الفحم مع انبعاثات عالية لثاني أكسيد الكربون (~ 1.3-1.7 رطل من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة مقارنة بالمتوسط ​​الأمريكي البالغ 0.75 رطل من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة).

تنتقل المركبات الكهربائية لمسافات أبعد بكمية معينة من الطاقة بانبعاثات أقل خلال إنتاج الوقود ومراحل استخدام السيارة. عمومًا، تتمتع المركبات الكهربائية بدورة حياة أقل من انبعاثات الغاز المنزلي من سيارة عادية في الولايات المتحدة، حتى عند الافتراض الانبعاثات المرتفعة نسبيًا عند تصنيع البطاريات.

ومع ذلك، عندما تكون انبعاثات تصنيع البطاريات أعلى، تستغرق المركبات الكهربائية وقتًا أطول للتعويض عن صافي الانبعاثات. حجم متوسط ​​نموذجي من السيارة الكهربائية يستغرق حاليًا حوالي 1-2 سنوات من القيادة لتعويض انبعاثات التصنيع في الولايات المتحدة. تكييف مواد جديدة للبطاريات أو التركيب الكيميائي الذي يزيد انبعاثات التصنيع من المرجح أن يزداد زمن القيادة لتعويض الانبعاثات.

توضح هذه المقالة المراجعة الجديدة أنه على الرغم من تصنيع البطاريات لا تفوق الفوائد البيئية لدورة الحياة للسيارات الكهربائية، ومع ذلك فإن هذه الانبعاثات جوهرية.

مقدمة حصريا لموقع نانو ويرك من معهد كليمسون للمواد النانوية – تمت الترجمة من قبل موقع نادي نانو بتصرف – المقال منشور على الرابط (https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=59274.php)