تسود النيوترونات على أيونات الليثيوم غير المحبوسة

اكتشف فريق دولي من العلماء طريقة لتحسين تصميم البطارية لإنتاج بطاريات ليثيوم أكثر أمانًا وقوة.

أنشأ العلماء الذين يستخدمون النيوترونات المعيار الأول (نانو ثانية واحدة) لخليط البوليمر والكهارل وملح الليثيوم. يمكن أن تؤدي النتائج إلى تحسين قوة وسلامة بطاريات الليثيوم. مصدر الصورة: فينيكس بليزانت/ORNL، وزارة الطاقة الأمريكية

استخدم الفريق تشتت النيوترونات شبه المرنة في مختبر أوك ريدج الوطني لإنشاء المعيار الأول، وهو النانو ثانية، أو جزء من المليار من الثانية، لخليط من ملح الليثيوم وإلكتروليت البوليمر العضوي.

قال يوجين مامونتوف، رئيس مجموعة ORNL Chemical Spectroscopy: “الأمر كله يتعلق بدراسة المواد”. “ولن تشتعل إلكتروليتات البوليمر كما تفعل الإلكتروليتات السائلة في بطاريات الليثيوم.”

استخدم الفريق تقنية النيوترون للتحقق من صحة عمليات المحاكاة الحاسوبية، منهيًا بذلك جدلًا طويل الأمد حول المدة التي تستغرقها أيونات الليثيوم للتحرر من الأقفاص الصغيرة التي أنشأتها إلكتروليتات البوليمر. يساعد معدل إطلاق أيونات البطارية من هذه البيئات، أو من أقفاص الذوبان في إلكتروليتات البوليمر، على تحديد كيفية تدفق الطاقة عبر البطارية. يمكن أن تعمل إلكتروليتات البوليمر على تمكين المزيد من الأقطاب الكهربائية ذات الطاقة الكثيفة، مثل معدن الليثيوم، مما يؤدي إلى بطاريات ليثيوم أكثر قوة.

تفتح النتائج أيضًا الباب أمام الفحص السريع لمواد البطاريات الجديدة في ORNL. “النيوترونات حساسة جدًا للهيدروجين، الموجود في جميع الإلكتروليتات تقريبًا. وقد سمح لنا هذا برؤية كيفية تحركه عبر النظام وفهم ديناميكيات إلكتروليتات البوليمر بمستوى غير مسبوق من التفاصيل. وقال ناريش أوستي، عالم تشتت النيوترونات في ORNL: “لم نتمكن من تحديد الوقت والمدة بطريقة أخرى”.

“لقد سمح لنا تفسير ناريش ويوجين لبيانات النيوترونات من التجربة في ORNL بفهم مدى احتجاز أيونات الليثيوم في إلكتروليتات البوليمر. وقال نيتاش بالسارا، أستاذ الكيمياء الكهربائية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: “تشير نتائجنا إلى أن هذا النهج العام سينطبق على الإلكتروليتات السائلة”.

المصدر: مختبر أوك ريدج الوطني