يواصل العلماء الروس تطوير بطاريات الليثيوم بسعات مختلفة، إضافة الى معالجة نقاط الخلل والثغرات، فقد اكتشف باحثون في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا أن استبدال الركيزة النحاسية الصلبة برقائق معدنية مثقبة يسهم بإطالة عمر بطاريات الليثيوم-أيون عالية السعة ذات الأنودات السيليكونية.
وتستطيع بطاريات الليثيوم-أيون ذات الأنودات السيليكونية تخزين طاقة تفوق بطاريات الغرافيت التقليدية بما يقارب عشرة أضعاف، إلا أن عمرها قصير جدا، بسبب التمدد الكبير للسليكون من 3 إلى 4 أضعاف أثناء الشحن، ما يؤدي إلى تشققه وانفصاله عن الركيزة.
ولكن علماء في معهد الدفع الكهربائي التابع لمعهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا وجدوا حلا مبتكرا لهذه المشكلة. فبدلا من استخدام الهياكل ثلاثية الأبعاد المعقدة والمكلفة، اعتمد الباحثون على رقائق نحاسية تقليدية مثقبة بالليزر، بفتحات قطرها 250 و500 ميكرومتر.
وأوضحت الباحثة أليسا كاراكولينا: “أننا لا نعرف بعدُ بدقة كيفية تأثير الرقائق المثقبة على استقرار أداء الأنودات المحتوية على السيليكون. لكن من المحتمل أن تتأثر بالخصائص الميكانيكية للتركيب المتداخل، وتشبع الغشاء المسامي بالإلكتروليت، وتوزيع مكونات الربط، وقوة ارتباطها بالركيزة. كما قد تعمل المادة الفعالة، التي تخترق الثقوب في الرقاقة، كغرز تربط جانبي القطب بإحكام، ما يمنع تقشره”.
ويعتقد الفريق أن المادة الفعالة تخترق الثقوب، مما يربط جانبي القطب ويمنع تدهوره. وأظهرت النتائج تفوقا ملحوظا: بعد 100 دورة شحن وتفريغ، احتفظ الأنود المثبت على الرقاقة المثقبة بنسبة 90٪ من سعته، مقارنة بنسبة 60٪ على الركيزة الصلبة. ولم يُسجَّل أي تدهور عند مضاعفة تيار التفريغ أربع مرات، كما أن صغر حجم الثقوب زاد من فعالية التثبيت.
ويخطط الباحثون لاختبار هذه التقنية على أنودات تحتوي على نسبة أعلى من السيليكون، وإنتاج دفعة تجريبية من البطاريات في المنشأة التجريبية التابعة للمعهد.
