توفر بطاريات الليثيوم -الكبريت الجديدة قدرات تخزين عالية وتكاليف منخفضة للمواد

ويجري حالياً في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا المواد والشعاع في دريسدن تنفيذ مشروع بحثي بعنوان "MaSSiF -الابتكارات المادية لبطاريات الكبريت -السليكون الجامدة". وهذا المشروع مكرس لتطوير جيل جديد من بطاريات الليثيوم -الكبريت خفيفة الوزن، ومنخفضة التكلفة، وذات قدرات تخزين عالية. ومن المتوقع أن يكون لهذه الخلايا النموذجية تأثير كبير على صناعة البطاريات بسبب سعتها التخزينية العالية وانخفاض تكاليف المواد.

بطاريات الكبريتيد الصلبة: A Promising Successor to Lithium-Ion Batteries

ويجري النظر في بطاريات الحالة الجامدة القائمة على الكبريتيد كتكنولوجيا بديلة محتملة لبطاريات أيونات الليثيوم الحالية. تعد هذه البطاريات بمدى وسلامة أكبر للاستخدام في المركبات الكهربائية، وذلك بفضل كثافة طاقتها العالية واستقرارها. ومن المزايا الرئيسية لاستخدام الكبريت كمادة فعالة للكاثود في هذه البطاريات أنه خال من العناصر الحرجة مثل الكوبالت والنيكل التي يشيع استخدامها في تكنولوجيا أيونات الليثيوم. كما يحقق الكبريت كثافات طاقة عالية جدا في بطاريات الحالة الصلبة.

التحديات المرتبطة بمواد الأنود في بطاريات ليثيوم -كبريت

يشكل الأنود في بطاريات الليثيوم -الكبريت تحديات رئيسية في معالجة البطارية وتشغيلها. وتهدف البحوث الحالية إلى استخدام الليثيوم المعدني كأقطاب سالبة في بطاريات الحالة الصلبة، ولكن التفاعل العالي للليثيوم يحد من استقرار وسلامة هذه النظم الخلوية. ولذلك، يركز الشركاء في مشروع الصندوق على مادة أنود أثبتت أيضاً أنها بديل واعد في البحوث العلمية الحالية للاستخدام في بطاريات الحالة الصلبة، ألا وهو السليكون.

Combining Sulfur, Solid Electrolyte and Silicon for an Innovative Cell Concept (باللغة الإنجليزية)

إن الجمع بين الكبريت (أو كبريتيد الليثيوم)، والإلكتروليت الصلب، والسيليكون لابد وأن يسفر عن مفهوم خلية مبتكر يجمع بين تكاليف منخفضة للمواد وكثافة طاقة عالية. ومن المتوقع أيضا أن يؤدي استخدام السيليكون كمادة أنود في هذه البطاريات إلى تحسين كبير في دورة حياة خلايا البطارية.

تمويل مشروع MaSSiF.

وستقدم وزارة التعليم والبحوث الاتحادية الألمانية تمويلاً لستة شركاء من العلوم والصناعة بمبلغ إجمالي يناهز 2.9 مليون يورو لدعم مشروع الصندوق. تم إطلاق المشروع في فبراير 2023 ويهدف إلى تصميم وبناء وتقييم خلايا نموذجية خفيفة الوزن ومنخفضة التكلفة مبنية على الكبريت ذات سعة تخزين عالية.

خاتمة

ومن المتوقع أن يحرز مشروع MaSSiF تقدما كبيرا نحو استحداث جيل جديد من بطاريات الليثيوم -الكبريت ذات قدرات تخزين عالية وتكاليف مواد منخفضة. هذه البطاريات تقدم بديلا واعدا لبطاريات الليثيوم -أيون اليوم ولها القدرة على إحداث ثورة في صناعة البطاريات. إن الجمع بين الكبريت، والإلكتروليت الصلب، والسليكون لابد وأن يسفر عن مفهوم خلية إبداعي يجمع بين تكاليف منخفضة للمواد وكثافة طاقة مرتفعة، الأمر الذي يجعل من هذه البطاريات خيارا قابلا للتطبيق في المركبات الكهربائية وغيرها من التطبيقات.

المصدر:https://batteryindustry.tech/sulfur-and-silicon-as-building-blocks-for-solid-state-batteries/