طفرة في إلكتروليتات الحالة الصلبة منخفضة التكلفة:

يذكر أن البروفيسور ما تشنغ من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين قد طور نوعا جديدا من المنحل بالكهرباء في الحالة الصلبة. يشبه أدائها العام إلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والكلوريد الأكثر تقدما ، لكنها تكلف أقل من 4٪ من الأخيرة. انها مناسبة للتطبيقات الصناعية. يمكن لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة التغلب على عيوب السلامة الخطيرة لبطاريات الليثيوم أيون التجارية وزيادة تحسين كثافة الطاقة ، مما يجعلها تقنية مدمرة لمركبات الطاقة الجديدة وصناعات تخزين الطاقة. ومع ذلك ، نظرا لصعوبة تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة في المواد الأساسية لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة – إلكتروليتات الحالة الصلبة ، لا يزال التصنيع يواجه عقبات كبيرة.

التحديات في تطوير بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة:

من أجل تلبية متطلبات التطبيقات العملية ، تحتاج إلكتروليتات الحالة الصلبة لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة إلى تلبية ثلاثة شروط على الأقل في وقت واحد: الموصلية الأيونية العالية (أكثر من 1 مللي ثانية / سم في درجة حرارة الغرفة) ، والتشوه الجيد (تحقيق أكثر من 90٪ كثافة عند 250 إلى 350 ميجا باسكال) ، وتكلفة منخفضة بما يكفي (أقل من 50 دولارا للكيلوغرام الواحد). ومع ذلك ، فإن إلكتروليتات الحالة الصلبة للأكسيد والكبريتيد والكلوريد التي تم بحثها على نطاق واسع لا يمكنها حاليا تلبية هذه الشروط في وقت واحد.

نهج مبتكر: أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم كإلكتروليت الحالة الصلبة:

في هذا البحث ، حول فريق البروفيسور ما تشنغ تركيزهم بعيدا عن مواد الأكسيد والكبريتيد والكلوريد المذكورة سابقا وتحولوا إلى أوكسي كلوريدات. قاموا بتصميم وتوليف إلكتروليت جديد في الحالة الصلبة يسمى أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم. توفر هذه المواد ميزة كبيرة من حيث التكلفة. إذا تم تصنيعها من هيدروكسيد الليثيوم وكلوريد الليثيوم وكلوريد الزركونيوم ، فإن تكلفة المواد الخام تبلغ 11.6 دولارا فقط للكيلوغرام الواحد ، مما يلبي المتطلبات المذكورة سابقا البالغة 50 دولارا للكيلوغرام الواحد. عند تصنيعها من أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم وكلوريد الليثيوم وكلوريد الزركونيوم ، يمكن تخفيض تكلفة أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم إلى ما يقرب من 7 دولارات للكيلوغرام الواحد ، وهو أقل بكثير من إلكتروليت الحالة الصلبة لكلوريد الزركونيوم الليثيوم التنافسي حاليا بسعر 10.78 دولارا للكيلوغرام الواحد ، وأقل من 4٪ من إلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والنادرة القائمة على الأرض والإنديوم.

فعالية التكلفة والأداء المتفوق لأوكسي كلوريد الليثيوم:

مع تقديم ميزة كبيرة من حيث التكلفة ، يظهر أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم أداء شاملا على قدم المساواة مع إلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والكلوريد الأكثر تقدما. يتميز بموصلية أيونية تبلغ 2.42 مللي سيمنز لكل سنتيمتر في درجة حرارة الغرفة ، متجاوزا 1 مللي سيمنز لكل سنتيمتر مطلوب للتطبيقات العملية ويحتل المرتبة الأولى بين أفضل أداء في جميع إلكتروليتات الحالة الصلبة المبلغ عنها. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح قابليتها للتشوه الممتازة للمادة بتحقيق كثافة 94.2٪ تحت ضغط 300 ميجا باسكال ، مما يلبي متطلبات التطبيق بشكل فعال ويتفوق على إلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والكلوريد المعروفة بقابليتها للتشوه (والتي تحقق كثافة أقل من 90٪ تحت ضغط مكافئ).

أداء واعد لأوكسي كلوريد الليثيوم الليثيوم في بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة:

أظهرت النتائج التجريبية أن بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل المكونة من أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم والكاثودات الثلاثية عالية النيكل تظهر أداء ممتازا. في ظل ظروف الشحن السريع لمدة 12 دقيقة ، نجحت البطارية في الحفاظ على دورة مستقرة لأكثر من 2000 دورة في درجة حرارة الغرفة.

أهمية أوكسي كلوريد الزيركونيوم الليثيوم لتصنيع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة:

يؤكد الباحثون أن أوكسي كلوريد الزركونيوم الليثيوم ، بتكلفته المنخفضة وأدائه المماثل لإلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والكلوريد الأكثر تقدما ، يحمل أهمية كبيرة لتصنيع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل.