"إطلاق العنان للمستقبل الواعد: استكشاف التطورات وإمكانات بطاريات الليثيوم والكبريت"

تتكون بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة تجاريًا بشكل أساسي من الكاثود وفاصل الأنود والإلكتروليت. يتم تركيب بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف الذكية والأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية. وهي تستخدم محلول إلكتروليت سائل.

على الرغم من استخدامه على نطاق واسع والتحسينات في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، إلا أن له عيوبًا مألوفة أيضًا، مثل ارتفاع درجة الحرارة ومشكلات سلسلة التوريد مع المواد الخام. هناك بحث مستمر في هذه المشكلات عن طريق اختبار مواد جديدة في صناعة البطاريات. إحدى هذه المواد هي الكبريت، نظرًا لوفرته الشديدة في الطبيعة، وهو منتج ثانوي لصناعة النفط. المادة أيضًا فعالة من حيث التكلفة ولديها القدرة على الاحتفاظ بطاقة أكبر من البطاريات التقليدية القائمة على أيونات الليثيوم.

من المتوقع أن ينمو حجم سوق البطاريات القائمة على الكبريت في جميع أنحاء العالم بمعدل نمو سنوي مركب قدره 17.69٪، ليصل إلى 2,699 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2031 من 517.4 مليون دولار في عام 2021.

الوصول إلى تقرير نموذجي (بما في ذلك الرسوم البيانية والمخططات والأشكال): https://univdatos.com/get-a-free-sample-form-php/?product_id=12413

مكونات البطارية–

الأقطاب الكهربائية– القطب الذي يطلق الإلكترونات أثناء التفريغ هو الأنود؛ القطب الذي يمتص الإلكترونات هو الكاثود. يقومون بتخزين الليثيوم. يحمل الإلكتروليت أيونات الليثيوم المشحونة إيجابياً (أي أن الأيون عبارة عن جسيم مشحون كهربائياً يتم إنتاجه لإعطاء أيون موجب أو سالب إما عن طريق إزالة أو إضافة إلكترونات من ذرة متعادلة) من الأنود إلى الكاثود والعكس بالعكس من خلال الفاصل. تخلق حركة أيونات الليثيوم إلكترونات حرة في الأنود، مما يخلق شحنة تتدفق تيارًا كهربائيًا عبر جهاز يتم تشغيله. الأقطاب الكهربائية مسؤولة عن الأداء الأساسي للبطارية.

الفاصل والإلكتروليت– يحدد هذان العنصران سلامة البطارية. يعمل الفاصل كحاجز مادي بين الكاثود والأنود، مما يمنع التدفق المباشر للإلكترونات بينهما، ويمنع تدفق الإلكترونات داخل البطارية، ولا يترك سوى الأيونات لتمر عبرها.

يقوم الإلكتروليت بنقل الأيونات (الجسيمات الحاملة للشحنة) ذهابًا وإيابًا بين قطبي البطارية، مما يؤدي إلى شحن البطارية وتفريغها.

التحدي في الاستخدام العملي لبطاريات الليثيوم والكبريت

يؤدي شحن بطارية Li-S إلى تراكم مادة (بولي كبريتيد) تتدفق بعد ذلك وتذوب في الإلكتروليت، مما يتسبب في تآكله. يُشار إليه من قبل الباحثين بتأثير نقل البولي كبريتيد، فهو يقلل من عمر البطارية.

لمنع إغلاق متعدد الكبريتيد، حاول العلماء في البداية وضع طبقة وسيطة غير نشطة للأكسدة والاختزال بين الأقطاب الكهربائية. ومع ذلك، انتهى الأمر بأخذ مساحة إضافية داخل البطارية، مما قلل من سعة تخزين البطارية ولم يقلل بشكل كافٍ من الإغلاق. بعد ذلك، قام الباحثون بتطوير طبقة وسيطة نشطة مسامية تحتوي على الكبريت بدلاً من طبقة غير نشطة للأكسدة والاختزال (أي أنها لا تخضع لتفاعلات مماثلة كما في القطب الكهربائي). أظهرت النتائج زيادة السعة بمقدار ثلاثة أضعاف وحافظت البطاريات ذات الطبقة الوسيطة النشطة على سعة عالية خلال أكثر من 700 دورة شحن وتفريغ.

التطورات الأخيرة في سوق البطاريات القائمة على الكبريت

سبتمبر 2022: حصلت شركة NGK Insulators, Ltd على عقد لنظام كبريت الصوديوم بقدرة 11.4 ميجاوات/69.6 ميجاوات في الساعة. سيتم نشر النظام في محطة Tsu LNG في محافظة Mie، اليابان.

يناير 2022: وقعت شركة Lyten Inc. ووزارة الدفاع الأمريكية اتفاقية. تهدف هذه الاتفاقية إلى تعزيز بطاريات الليثيوم والكبريت للاستخدام التجاري والسلامة الوطنية.

مزايا الليثيوم والكبريت-

الخلاصة

تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى تقدمها التكنولوجي. ظهرت بطاريات Li-S كحل للقيود المفروضة على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. يتطلع الباحثون إلى حل التحدي الحالي المتمثل في قصر عمر البطارية الناجم عن إغلاق متعدد الكبريتيد، وذلك باستخدام الإلكتروليتات الصلبة الكبريتيدية (SSEs). تتميز بطاريات Li-S بكثافة طاقة عالية وسلامة معززة وفعالية من حيث التكلفة والكبريت المستخدم في البطاريات هو منتج ثانوي صناعي.

المؤلف: أبهيشيك سايني

لمزيد من التفاصيل اتصل بـ:

UnivDatos Market Insights

C80B، القطاع 8، نويدا،

أوتار براديش 201301

للاستفسارات المتعلقة بالمبيعات، يرجى التواصل معنا على[email protected]