18
2020
-
02
كيف يتم تصنيع مروحة الطرد المركزي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؟
Feb 18,2020
الفئة:
【Brief Description】بسبب ضعف الاستقرار الحراري وعدم وجود نظام تحكم إلكتروني جيد، أصبحت بطاريات الليثيوم مصدر خطر كبير على الطرق الكهربائية. بالإضافة إلى السيارات الكهربائية، تتمتع بطاريات الليثيوم المستخدمة في المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية أيضًا بخصائص قابلة للاشتعال، على الرغم من أنها قد خضعت لاختبارات السلامة قبل مغادرتها المصنع، إلا أن أخبار انفجارات الهاتف المحمول لا تزال تظهر بانتظام في الصحف.
تعتبر بطاريات الليثيوم، بسبب ضعف استقرارها الحراري وعدم وجود نظام تحكم كهربائي جيد، مصدر خطر كبير على الطرق الكهربائية. بالإضافة إلى السيارات الكهربائية، فإن بطاريات الليثيوم المستخدمة في المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية تتمتع أيضًا بخصائص قابلة للاشتعال، على الرغم من أنه تم إجراء اختبارات أمان قبل مغادرتها المصنع، إلا أن أخبار مثل انفجار بطارية الهاتف المحمول لا تزال تظهر بانتظام في الصحف.
مؤخراً، اكتشف الباحثون في جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل (UNC-Chapel Hill) أثناء اختبار مادة بوليمر تُسمى البيرفلوروبوليثر (perfluoropolyether) أن هذه المادة يمكن أن تذوب في أملاح الليثيوم، مما يعني أنها يمكن أن تذوب في أملاح الليثيوم. وشرح الباحث دومينيك وونغ (Dominica Wong) قدرة هذه المادة على توصيل الكهرباء في البطارية: "معظم البوليمرات لا تذوب في الأملاح، لكن هذا البوليمر يمكن أن يذوب." والأهم من ذلك، أنه غير قابل للاشتعال.
البيرفلوروبوليثر، المعروف اختصارًا بـ PFPE، هو بوليمر سائل في درجة حرارة الغرفة. لقد تم استخدامه كزيت تشحيم لأجزاء الآلات الفضائية لعقود. يتمتع باستقرار حراري وأكسيدي ممتاز. كيف يمكن تحسين الاستقرار الحراري لبطاريات الليثيوم؟ يتطلب ذلك فهمًا بسيطًا لمبدأ تفريغ بطارية الليثيوم، وهو أن أيونات الليثيوم تتحرك من القطب السالب إلى القطب الموجب. ومع ذلك، يجب أن يتم شحن البطاريات في الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والسيارات الكهربائية، بالإضافة إلى تفريغها، لذا فهي تحتاج أيضًا إلى الشحن. يتطلب ذلك وجود إلكتروليت، وفي بطاريات الليثيوم، يكون الإلكتروليت عادةً هو ثنائي ميثيل كربونات (DMC) الغني بالأيونات.
سبب عدم استقرار بطاريات الليثيوم هو DMC، الذي يعتبر قابلًا للاشتعال حتى في درجة حرارة الغرفة. قال رئيس مجموعة البحث، جوزيف دي سيموني (Joseph De Simone) مباشرة: "إنهم (DMC) أقرباء للبنزين." لذلك، عندما تتعرض السيارات الكهربائية للصدمات، حتى لو لم تكن نقطة الاشتعال هي البطارية، فإن البطارية يمكن أن تشتعل بسهولة، مما يجعل السيارة بأكملها "رد فعل نووي". لذلك، إذا كان بإمكان PFPE استبدال DMC كإلكتروليت، فإن استقرار البطارية سيتحسن بشكل كبير من الناحية النظرية. في الواقع، حقق فريق دي سيموني ذلك. لقد دمجوا PFPE وDMC معًا كإلكتروليت لبطاريات الليثيوم. وقد وجدوا أن استقرار البطارية الحراري قد تحسن بشكل كبير، كما زادت الموصلية بشكل كبير.
أخذ دي سيموني أيضًا بطارية الليثيوم الهوائية لتوضيح المشكلة. كأعلى كثافة طاقة بين بطاريات الليثيوم أيون، تعاني بطارية الليثيوم الهوائية من عيب عدم توافق الإلكتروليت العادي مع الأكسجين، ومن المحتمل أن يساعد PFPE في حل هذه المشكلة، مما يجعل كثافة الطاقة في نفس مستوى البنزين. أصبحت بطارية الليثيوم الهوائية أقرب خطوة نحو الاستخدام العملي.
كيف تؤدي البطاريات التي تحتوي على إلكتروليت PFPE من حيث الاستقرار الحراري؟ أظهرت اختبارات الباحثين أن هذه البطاريات يمكن أن تتحمل نطاق درجات حرارة من -90 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية. بالنسبة لبطاريات الطاقة في السيارات الكهربائية، فإن هذه الأداء أكثر من كافٍ، بينما يتراوح نطاق درجات حرارة بطاريات الليثيوم أيون العادية من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية، ومع انخفاض أو ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط، تنخفض موصليتها بشكل كبير.
على الرغم من أن هناك طريقًا طويلًا قبل الاستخدام التجاري، إلا أن بطاريات الإلكتروليت PFPE على الأقل أثبتت لنا أن الاستقرار الحراري وموصلية بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن تجد حلاً كاملاً.
الأخبار ذات الصلة