يصمم العلماء بطارية أيون الصوديوم-منخفضة التكلفة-باستخدام مواد قطب كهربائي رخيصة الثمن

قام فريق بحث دولي بتصميم نظام تخزين بطارية أيون الصوديوم (SIB)- استنادًا إلى مادة الكاثود من النوع P2 المعروفة باسم Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 والأنود الذي يعتمد على مادة كربونية صلبة مصنعة من زهور الخزامى.

إن تكوين النظام المقترح مخصص للتصنيع منخفض التكلفة-مع ضمان قابلية التوسع والاستدامة البيئية، حيث يتم وصف هاتين المادتين الكهربائيتين على أنهما سلائف "يمكن الوصول إليها على نطاق واسع".

وأوضح الباحثون أن "التنوع النباتي والقدرة الإنتاجية هما عاملان مهمان يؤثران على تسويق SIBs، حيث إن الكربون الصلب المشتق من النباتات-مستدام واقتصادي على حد سواء". "يحافظ الكربون الصلب المشتق من النباتات على البنية المجهرية للأنسجة النباتية، وبالتالي يعزز تغلغل المنحل بالكهرباء وانتشار الصوديوم.

قدر العلماء إنتاج الخزامى العالمي بحوالي 1000-1500 طن سنويًا. ومع ذلك، لا يمكن استخدام سوى جزء صغير من هذا الإنتاج لمواد الأقطاب الكهربائية، حيث أن بقايا الزهرة فقط هي المناسبة للتحويل إلى كربون صلب.

كما لاحظوا أيضًا أن أنود الكربون الصلب والكاثود من النوع P2-في الخلية الكاملة لا يحتويان على مخزون كاف من الصوديوم، مما يؤدي إلى ضعف الأداء الكهروكيميائي. وأوضحوا كذلك أن "العمل الحالي يعالج هذه الفجوة من خلال تقييم الأداء الكامل للخلية -لـ P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 مقترنًا بالكربون الصلب المشتق من نفايات زهرة اللافندر في ظل أساليب مختلفة للتحلل المسبق".

استخدم العلماء حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS)، ومطياف فورييه- للأشعة تحت الحمراء التحويلية (FTIR)، ومطياف رامان لتوصيف الكاثود والأنود في نظام SIB، ووجدوا أن الكاثود له بنية سداسية P63/mmc، بينما أظهر الأنود قمم عريضة مميزة من الكربون غير المتبلور.

كشف SEM وTEM، على وجه الخصوص، عن حبيبات كاثود بحجم ميكرومتر- وسطح كربوني صلب مسامي، وأشار EDS وXPS إلى أن المادة تتمتع بثبات هيكلي جيد. أظهر التحليل الإضافي أيضًا أن دمج النيكل (Ni) أدى إلى تحسين الأداء الهيكلي والإلكتروني والكهروكيميائي للكاثود.

علاوة على ذلك، كشفت الاختبارات الكهروكيميائية عن قدرات أولية تبلغ 200 مللي أمبير/جرام للكاثود و360 مللي أمبير/جرام للأنود مع احتفاظ بقدرة 42% و67.4% بعد 100 دورة. بشكل عام، تم العثور على المنشطات Ni لتحسين موصلية الكاثود واستقراره، وأظهر الأنود أداءً جيدًا لتخزين الصوديوم، مما يدعم الأداء القوي لنصف -الخلية وأداء الخلية الكامل- المحتمل، وفقًا للباحثين.

وخلصوا إلى أن "هذه الدراسة الشاملة تسلط الضوء على إمكانية تطوير SIBs باستخدام مواد منخفضة التكلفة ومستدامة للأقطاب الكهربائية". "يوفر تحسين استراتيجيات المعالجة المسبقة فرصة لتقنيات SIB التجارية المتقدمة والقابلة للتطوير."

تم وصف النظام في الدراسة "بطاريات أيون الصوديوم-الفعالة من حيث التكلفة باستخدام كاثود Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 والكربون الصلب المشتق من نفايات-زهرة-زهرة-الخزامى- باستخدام أسلوب النقع المسبق-المقارن،" المنشور في Journal of Power Sources. يتألف فريق البحث من علماء من جامعة إينونو التركية، وجامعة إسطنبول التقنية، وجامعة ملاطية تورغوت أوزال، وجامعة أكساراي، بالإضافة إلى علماء من المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا وجامعة كويد - آي - عزام الباكستانية، من بين آخرين.