(أخبار نانويرك) حقق فريق بحثي مشترك من جامعة توهوكو وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) تقدمًا كبيرًا نحو بطاريات أيونات الليثيوم عالية الجهد الخالية من المعادن التي تستخدم جزيئا عضويًا صغيرًا من حمض الكروكونيك. هذا الاختراق يقربنا من تصنيع بطاريات أيونات الليثيوم خالية من المعادن وذات طاقة عالية ورخيصة الثمن.
على عكس بطاريات أيونات الليثيوم التقليدية، التي تعتمد على المواد النادرة مثل الكوبالت والليثيوم، فإن البطاريات العضوية تعتمد على العناصر المتوافرة بكثرة في الطبيعة مثل الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع البطاريات العضوية بقدرات أكبر -نظريا- من بطاريات أيونات الليثيوم التقليدية لأن استخدامها للمواد العضوية يجعلها خفيفة الوزن.
معظم البطاريات العضوية التي تم الإعلان عنها حتى الآن تمتلك جهد تشغيل منخفض نسبيًا (1-3 فولت). وعليه فإن زيادة جهد البطاريات العضوية ستؤدي إلى زيادة كثافة الطاقة هذه البطاريات.
إيتارو هونما، أستاذ الكيمياء في معهد البحوث متعدد التخصصات للمواد المتقدمة بجامعة توهوكو، وهيرواكي كوباياشي، أستاذ الكيمياء المساعد في جامعة توهوكو، ويوتو كاتسوياما، طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا، وجدوا أن حمض الكروكونيك، عند استخدامه كمواد كاثود لبطارية أيونات الليثيوم، يحافظ على جهد عمل قوي يبلغ حوالي 4 فولت.
يحتوي حمض الكروكونيك على خمس ذرات كربون مرتبطة ببعضها البعض بشكل خماسي، وكل ذرات الكربون مرتبطة بالأكسجين. ثم أن لديها قدرة نظرية عالية تبلغ 638.6 مللي أمبير / جرام، وهي أعلى بكثير من مواد الكاثود لبطارية أيونات الليثيوم التقليدية حيث أنها تبلغ 140 مللي أمبير / جرام.
يقول كوباياشي “درسنا السلوك الكهروكيميائي لحمض الكروكونيك في نطاق الجهد العالي فوق 3 فولت باستخدام الحسابات النظرية والتجارب الكهروكيميائية، واكتشفنا أن حمض الكروكونيك يخزن أيونات الليثيوم عند 4 فولت تقريبًا، مما يعطي كثافة طاقة نظرية عالية جدًا تبلغ 1949 واط / كجم، وهو أكبر من معظم بطاريات أيونات الليثيوم غير العضوية والعضوية. “
مع أنّ عدم تحقيق القدرة النظرية في هذه الدراسة المنشورة في دورية (Advanced Science) تحت عنوان “هل الجزيئات العضوية الصغيرة النشطة في الأكسدة والاختزال قابلة للتطبيق على كاثودات بطارية أيونات الليثيوم عالية الجهد (> 4 فولت؟”*، فإن الباحثين متفائلون بأنه يمكن تحسينه من طريق تطوير إلكتروليتات مستقرة في الجهد العالي والتعديلات الكيميائية على حمض الكروكونيك.
نظرًا لأن معظم الإلكتروليتات لا يمكنها تحمل مثل هذا الجهد العامل القوي لحمض الكروكونيك، فإن تطوير إلكتروليتات جديدة أمر حيوي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن التعديل في هياكل الجزيئات العضوية الصغيرة بسهولة، بما في ذلك حمض الكروكونيك. يمكن أن يؤدي التعديل الهيكلي المناسب إلى استقرار الجزيء، مما يؤدي إلى زيادة القدرة والقابلية للانعكاس.
المصدر: جامعة توهوكو – الترجمة من قبل موقع نادي نانو
رابط المقال اﻷصلي: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=60367.php
*Are Redox-Active Organic Small Molecules Applicable for High-Voltage (>4 V) Lithium-ion Battery Cathodes?
