مقدمة: حقق فريق من العلماء الصينيين إنجازًا في أبحاث بطاريات الليثيوم: من خلال تسخير خاصية “الانكماش الحراري” لمواد الكاثود الغنية بالمنغنيز والليثيوم، نجحوا في استعادة أداء البطاريات القديمة. تقدم هذه التقنية رؤى جديدة لتطوير بطاريات ليثيوم من الجيل التالي أكثر متانة وذكاءً.
الاكتشاف الأساسي
لاحظ الباحثون في معهد نينغبو لتكنولوجيا وهندسة المواد، الأكاديمية الصينية للعلوم، أن مواد الكاثود الغنية بالمنغنيز والليثيوم تخضع للانكماش الهيكلي عند تسخينها. تزيل هذه الخاصية الإجهادات الداخلية المتراكمة أثناء شيخوخة المادة، مما يؤدي إلى استعادة جهد البطارية إلى حالته الأولية. يعالج هذا الاكتشاف تدهور الأداء الناجم عن البنية البلورية غير المنظمة للمواد النشطة بالأكسجين بعد الاستخدام المطول.
المزايا التقنية
استعادة الهيكل: أثناء الانكماش الحراري، يعيد ترتيب الذرات، مما يزيل تشوهات الشبكة الناتجة عن الشيخوخة ويستعيد كفاءة إطلاق الطاقة.
زيادة كثافة الطاقة: تحقق المواد القائمة على المنغنيز والليثيوم الغنية بالليثيوم سعة تفريغ تبلغ 300 مللي أمبير/غرام، متجاوزة مواد فوسفات الحديد الليثيوم والمواد الثلاثية الموجودة، مما قد يعزز كثافة طاقة البطارية بنسبة 30٪.
ميزة التكلفة: تكاليف المواد الخام أقل من المواد الثلاثية ومماثلة لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم.
الآفاق التطبيقية
يمكن تطبيق هذه التقنية مباشرة على سيناريوهات الطلب المرتفع مثل السيارات الكهربائية والطائرات الكهربائية. من المتوقع أن تضاعف دورة شحن وتفريغ البطارية، مما يعالج مشكلة ‘قلق النطاق’ لبطاريات الليثيوم الموجودة.
نُشر هذا الإنجاز في مجلة Nature في 16 أبريل 2025، مما يمثل اختراقًا كبيرًا في بحث وتطوير الصين لبطاريات الليثيوم عالية الكثافة.