جامعة شيآن جياوتونغ الصينية تطور محفزًا جديدًا لبطاريات الليثيوم-كبريت بطاقة كثافة 418.6 واط/كغ

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق البروفيسور شي كاي من جامعة شيآن جياوتونغ الصينية محفزًا واجهيًا جديدًا لتثبيت الإلكترونات، مما أدى إلى تسريع كبير لكفاءة التحول من الحالة الصلبة إلى الصلبة في بطاريات الليثيوم-كبريت تحت ظروف الإلكتروليت المنخفض، محققًا كثافة طاقة تبلغ 418.6 واط·ساعة/كغ في بطارية كيسية بسعة 3.6 أمبير-ساعة.

تُعتبر بطاريات الليثيوم-كبريت نظامًا مرشحًا مهمًا لتقنيات تخزين الطاقة من الجيل التالي، نظرًا لكثافتها النظرية العالية للطاقة، وانخفاض تكلفتها، وملاءمتها للبيئة. ومع ذلك، في ظل ظروف الإلكتروليت المنخفض، وهو المفتاح لتحقيق كثافة طاقة عالية على المستوى التجاري، تبرز مشكلة بطء حركية تفاعل اختزال الكبريت، خاصةً مرحلة التحول من LiS إلى Li2S التي تتميز بحاجز طاقة مرتفع وتأخر في التفاعل، مما يؤدي إلى تراكم متعددات الكبريتيد، وانسداد المواقع النشطة، وانخفاض معدل استخدام الكبريت، وتدهور استقرار دورة التشغيل، مما يعيق التطبيق على نطاق واسع.

لمواجهة هذه المشكلة، اقترح فريق البروفيسور شي كاي من كلية الكيمياء بجامعة شيآن جياوتونغ استراتيجية هندسة الواجهة لتثبيت الإلكترونات، لبناء نظام تحفيزي جديد يجمع بين الخصائص المنتظمة بعيدة المدى وغير المنتظمة محليًا. من خلال تعديل المجالات النانوية غير المتبلورة والتحكم الدقيق في البنية الإلكترونية المحلية، قام الفريق ببناء مواقع نشطة متدرجة ومنتظمة، وطوّر محفز الواجهة الإلكترونية المثبتة a-FeOOH@Fe/AlOx (EPIC). يعتمد هذا المحفز على تفاعلات إلكترونية متعددة المستويات لتحقيق تعزيز تحفيزي، حيث يشكل هيكله الفريد مسارات توصيل فعالة وخصائص تدرج في منح الإلكترونات، مما ينجح في فصل عملية تفاعل اختزال الكبريت، ويسرع بشكل كبير كفاءة التحول من الحالة الصلبة إلى الصلبة تحت ظروف الإلكتروليت المنخفض.

نُشرت نتائج البحث ذات الصلة في مجلة المواد المتقدمة (Advanced Materials) تحت عنوان "بناء بطاريات ليثيوم-كبريت عالية كثافة الطاقة عبر هندسة واجهة تثبيت الإلكترونات لتسريع حركية التحول من الحالة الصلبة إلى الصلبة". الأستاذ المساعد جين لي، وطالبا الدكتوراه جين تشنغتشيان ودينغ تينغ هم المؤلفون الأوائل المشاركون، والبروفيسور شي كاي هو المؤلف المراسل، وجامعة شيآن جياوتونغ هي جهة الاتصال الوحيدة للبحث. حظي هذا العمل بتوجيه من خبراء مثل البروفيسور ر. فاسانت كومار من جامعة كامبريدج، والبروفيسور لو بينغ مينغ من جامعة نانجينغ، والبروفيسور بانغ تشيوان تشيوان من جامعة بكين، والبروفيسور فو يونغ تشو من جامعة تشنغتشو، وحصل على دعم من مشاريع مثل مشروع الخطة البحثية الكبرى "تجاوز أنظمة البطاريات التقليدية" التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (مشاريع تمهيدية وعامة)، وصندوق الشباب التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وصندوق ما بعد الدكتوراه العام في الصين، وصندوق الشباب في مقاطعة شنشي، ومشروع خطة تشينتشوانغ يوان للمواهب الابتكارية في مقاطعة شنشي.