أعلن فريق معهد دايجو للعلوم والتكنولوجيا (DGIST) عن تصميم مركّب مركّب يجمع بين أكسيد التيتانيوم (TiO) وكربون مسامي مطعّم بالنيتروجين عبر اختزال مغنيسيومي بسيط. يوفر هذا التصميم بنية ثلاثية الأبعاد تشبه خلية النحل مساحة أكبر لاحتواء الكبريت. يؤدي الدمج إلى تثبيت فعال لمركبات الكبريت ومنع تسرب متعدد الكبريتيدات، كما يحسّن التوصيل الكهربائي بفضل التكامل TiO-C-N. في الاختبارات التجريبية، سجل المهبط الجديد أول دورة أداءً قوياً بلغ 1082 ملي أمبير/غرام، واستمر مع الاحتفاظ بنحو 580 ملي أمبير/غرام بعد 1000 دورة شحن.
يساهم التصميم السداسي لبنية الكربون في رفع كثافة الطاقة دون إضافة وزن زائد، مما يجعل بطاريات الليثيوم الكبريت أخف وأكثر كفاءة مقارنة بالليثيوم أيون التقليدية. وتلعب جسيمات TiO النانوية دوراً في استقرار المادة الفعالة داخل القطب، مما يزيد من عمر البطارية ويقلل من فقد الطاقة عبر الدورات. كما يحسن الدمج TiO-C-N من التوصيل الإلكتروني داخل البنية، وهو أمر أساسي لتحقيق أداء مستقر في البطاريات طويلة الدورة.
تصميم بنية القطب
اعتمد DGIST على دمج جسيمات TiO النانوية داخل كربون مسامي مطعّم بالنيتروجين باستخدام اختزال مغنيسيومي بسيط. أدى ذلك إلى هيكل ثلاثي الأبعاد يشبه خلية النحل يوفر مساحة كبيرة لاستيعاب الكبريت وتثبيت مركباته. كما منع التصميم تسرب متعدد الكبريتيدات وحقق تحسيناً في التوصيل الكهربائي بفضل تكامل TiO-الكربون-النيتروجين.
آفاق وتطبيقات واعدة
يتوقع أن تسهم المادة الجديدة في تعزيز أداء السيارات الكهربائية من حيث كثافة الطاقة والوزن المنخفض، ما يسمح بتقطع مسافات أطول بين شحن وآخر. كما يمكن أن تمد البطاريات Li-S بمحركات طائرات مسيّرة لساعات إضافية، وتوفر بطاريات أخف وزناً وأكثر طاقة للأجهزة الإلكترونية المحمولة. إضافة إلى ذلك، فإن الكبريت مادة متاحة ورخيصة، ما يجعل خيار بطاريات الليثيوم-الكبريت اقتصادياً مقارنة بالخيارات الحالية.
خطوات نحو بطاريات المستقبل
يمهّد هذا المركّب الجديد الطريق أمام بطاريات أكثر استقراراً وأطول عمراً، ما يسرّع تطبيق بطاريات الليثيوم الكبريت في المنتجات الاستهلاكية والصناعية. مع التطوير المستمر، قد يصبح هذا النوع من البطاريات معياراً رئيسياً في عالم تخزين الطاقة. تشيير النتائج إلى إمكانات كبيرة لتعزيز الأداء وتقليل الوزن في أنظمة تخزين الطاقة المستقبلية.
