تطورات كبيرة في أبحاث تكنولوجيا هندسة بطاريات أيون الصوديوم

تمثل بطارية أيون الصوديوم شكلاً جديدًا من تكنولوجيا تخزين الطاقة، خلفًا لبطارية أيون الليثيوم. وعلى النقيض من بطاريات أيونات الليثيوم، تستفيد بطاريات أيونات الصوديوم من موارد الصوديوم الوفيرة الموجودة على الأرض، وخاصة في الملح المستخرج من مياه البحر، وتستخدم الشوارد القابلة للذوبان في الماء. يوفر هذا التصميم مزايا الاستفادة من مصادر المواد الخام الغنية وإلغاء الحاجة إلى بيئات تصنيع فائقة النظافة. ونتيجة لذلك، من المتوقع أن يتم إنتاج الجيل القادم من بطاريات تخزين الطاقة بتكلفة أقل.

نظرًا للقطر الأيوني الأكبر لأيونات الصوديوم، غالبًا ما تواجه بطاريات أيونات الصوديوم تحديات مثل السعة المنخفضة وأداء الدورة غير الكافي. على المستوى الدولي، أجرى العديد من العلماء أبحاثًا أساسية مكثفة حول مواد أقطاب أيون الصوديوم، مما أدى إلى تقدم ملحوظ. بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (21336003 و21073120) والبرنامج الوطني 973 (2014CB239700)، قامت مجموعة أبحاث البروفيسور ما زيفنغ في جامعة شنغهاي جياو تونغ بتطبيق أكسيد الجرافين لتعزيز Na2/3[Ni1/3Mn2/3] للأغراض الصناعية. التطبيقات. قاموا بتعديل القطب الكهربائي O2، مما أدى إلى إنتاج قطب كهربائي مرن خالٍ من المواد الرابطة مع خصائص موصلية عالية. ومن اللافت للنظر أن هذا القطب أظهر قدرة جديرة بالثناء وأداء دورة في ظل دورات الشحن والتفريغ التي تتراوح من 0.1 درجة مئوية إلى 10 درجة مئوية (J. ماتر. الكيمياء. A, 2 (2014) 6723-6727).

في إنجاز حديث، استخدم فريق البحث مادة زرقاء بروسية فعالة من حيث التكلفة (NaMFe(CN)6) وقاموا بتحسين بنيتها الجزيئية الداخلية لتطوير مادة كاثود بطارية أيون الصوديوم عالية السعة وطويلة العمر ذات سعة محددة تصل إلى 118.2 مللي أمبير/جم (عند 10 مللي أمبير/جم). وكانت هذه القدرة مماثلة لمواد Na2MnFe(CN)6. وبعد 800 دورة من الشحن والتفريغ بكثافة تيار تبلغ 100 مللي أمبير/جرام، أظهرت المادة معدل الاحتفاظ بقدرة مذهلة يبلغ 83.8%، متجاوزة مادة Na2MnFe(CN)6 بشكل ملحوظ.

والجدير بالذكر أن فريق البحث حقق إنجازًا رائدًا من خلال الجمع بين هذه المادة مع قطب كهربائي سالب من الكربون الصلب لإنشاء نموذج أولي لبطارية أيون الصوديوم لتخزين الطاقة. مع كثافة طاقة تصل إلى 81.72 واط ساعة/كجم، أي ضعف كثافة بطارية الرصاص الحمضية، فإنها تضع أساسًا تقنيًا قويًا لتصنيع بطاريات أيون الصوديوم لتخزين الطاقة.