مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019 لثلاثة أشخاص من بلدين يوم الأربعاء 9 أكتوبر 2019. وقد مُنح هؤلاء العلماء الثلاثة جائزة نوبل في الكيمياء لعملهم في تطوير بطاريات أيونات الليثيوم.
العلماء الثلاثة هم
- فرانسيس أرنولد من الولايات المتحدة
- جورج سميث من الولايات المتحدة
- جريجوري وينتر من إنجلترا
بطارية ليثيوم أيون
تعد بطاريات ليثيوم أيون أو المعروفة أيضًا باسم بطاريات Li-ion أو LIB واحدة من البطاريات القابلة لإعادة الشحن . في هذه البطارية ، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب عند تحريرها ، والعودة عند إعادة شحنها.
مقارنة بتقنية البطاريات التقليدية ، يتم شحن بطاريات الليثيوم هذه بشكل أسرع ، وتدوم لفترة أطول ، وتتميز بكثافة طاقة أعلى لإطالة عمر البطارية في حزمة أخف.
مبدأ عمل بطارية ليثيوم أيون
في الأساس ، يختلف مبدأ عمل بطاريات الليثيوم أيون عن البطاريات القلوية (مثل بطاريات التحكم عن بعد في التلفزيون). يوفر هذا الاختلاف ميزة أكبر بكثير في تطوير البطارية.
تتكون الأقطاب الكهربائية في بطارية ليثيوم أيون من الجرافيت وأكسيد الكوبالت الليثيوم. يمتلك الجرافيت قدرات إلكترونية أضعف من الزنك الذي يستخدم عادة في البطاريات القلوية.
جزء أكسيد الكوبالت الليثيوم من بطارية Li-Ion ، قادر على جذب الإلكترونات بقوة أكبر بكثير من أكسيد المنغنيز - مما يمنح البطارية القدرة على تخزين المزيد من الطاقة في نفس المساحة من البطاريات القلوية.
يحتوي المحلول الذي يفصل بين الجرافيت وأكسيد الكوبالت الليثيوم على أيونات الليثيوم موجبة الشحنة ، والتي تتشكل وتنكسر بسهولة الروابط الكيميائية عند تفريغ البطارية وإعادة شحنها.
اقرأ أيضًا: مرة أخرى مشغول بشأن Black Hole ، فلنراجعها بعمق أكبر!
يمكن أن تحدث هذه التفاعلات الكيميائية في كلا الاتجاهين ، على عكس تكوين أكسيد الزنك ، الذي يتسبب في تدفق الإلكترونات وأيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا في العديد من دورات الشحن والتفريغ.
تحديات تطوير البطارية
من المؤكد أن العملية على بطارية ليثيوم أيون لا توفر كفاءة تصل إلى 100٪. تفقد جميع البطاريات في النهاية قدرتها على تخزين الطاقة. ومع ذلك ، كان مركب Li-ion الكيميائي قويًا بما يكفي للسيطرة على تكنولوجيا البطاريات الحالية.
يتمثل التحدي الرئيسي في تطوير البطاريات وتخزين الطاقة بشكل عام في القدرة على تخزين الطاقة ، لذلك يحاول العلماء بناء بطاريات أفضل من حيث كفاءة التخزين.
تتطلب ترقية البطارية خبرة الكيميائيين والفيزيائيين لمعرفة التغييرات على المستوى الذري ، بالإضافة إلى المهندسين الميكانيكيين والكهربائيين الذين يمكنهم تصميم وتجميع حزم البطاريات التي تشغل الجهاز.
مرجع
- طوّر بطارية الليثيوم 3 التي فاز بها هذا العالم بجائزة نوبل
- كيف تعمل بطارية الليثيوم على تشغيل هواتفنا المحمولة