لعقود عديدة ، كان العلماء يبحثون عن طرق لاستخدام الليثيوم النقي القوي والقابل للاشتعال والنقي في البطاريات بأمان.
يدعي جون جودنو ، والد بطاريات الليثيوم أيون البالغ من العمر 94 عامًا ، أنه وجد حلاً جديدًا.
طور العالم وفريقه من جامعة تكساس في أوستن أول خلايا بطارية صلبة يمكن أن تؤدي إلى شحن بطارية أسرع وأكثر أمانًا ، بالإضافة إلى جعلها أكثر متانة.
إذا كان هذا صحيحًا ، يمكن للاختراع أن يسمح للسيارات الكهربائية بالتنافس مع تلك التقليدية في السعر ، بالإضافة إلى إطالة عمر الأجهزة المحمولة وعناصر تخزين الطاقة الثابتة. جذب الحل المذهل الموصوف في مقال كتبه Goodenough والمؤلفون المشاركون الثلاثة اهتمامًا كبيرًا من المنشورات العلمية والتقنية الرائدة. ووفقا له ، يمكن لبطارية من هذا النوع أن تخزن طاقة أكثر من 5-10 مرات من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. ومع ذلك ، بدأ العلماء في طرح أسئلة حول القدرة على توفير مثل هذه الكمية من الطاقة وفي نفس الوقت لا ينتهكون القوانين الأساسية للديناميكا الحرارية.
أفاد Goodenough أنه في خلية البطارية ، تم تحقيق زيادة بمقدار 10 أضعاف في كثافة الطاقة في تجربة واحدة ، وزيادة 3 أضعاف في تجربة أخرى. في أحد الاختبارات اللاحقة ، تم تحقيق زيادة حتى 30 مرة - 8.5 كيلو واط ساعة / كجم. في الوقت نفسه ، لم يكن بحاجة إلى أي مواد غريبة باهظة الثمن - تمكن العالم وفريقه من الصوديوم والكبريت. إذا نجح جوديناف في كسر شكوك المجتمع العلمي ، يمكن استخدام بطاريته على نطاق واسع.
ليس من المستغرب أن عمل Goodenough وفريقه أثار الإثارة بين ممثلي العلم. في 28 فبراير ، أعلنت جامعة تكساس أن العلماء توصلوا إلى طريقة لدمج أنود الليثيوم النقي أو الصوديوم ، والذي ، بسبب إمكاناته الطاقية ، كان الهدف الرئيسي لعقود. كان العامل الرئيسي الذي سمح بحدوث ذلك هو استخدام الزجاج كإلكتروليت ، والذي ربط قطبي البطارية ويسهل حركة الأيونات لتوليد الكهرباء.
ومع ذلك ، كان الباحثون البارزون الآخرون في هذا المجال يشككون في اكتشاف غوديناف. وهم على يقين من أنه إذا درست الدراسة بعناية ، فسوف يتضح أن العالم يشكك في قوانين الديناميكا الحرارية ، التي تعد أساسية لتطوير البطاريات لأكثر من نصف قرن.
حددت مهنة جوديناف الطويلة صناعة البطاريات الحديثة. يعتقد الباحثون أن قياساته دقيقة. ولكن يبدو أن لا أحد ، باستثناء جوديناف وزملائه ، قد فهم مفهومه الجديد. لا يرغب مجتمع البحث في تحدي الشخص الذي قرر تطوير الصناعة بشكل علني. قال دانييل ستينجارت ، الأستاذ في جامعة برينستون: "إذا نشر شخص آخر مثل هذه المقالة ، لما استطعت العثور على كلمات مهذبة".
لا يستجيب Goodenough للرسائل ، ولكن في بيان نشر على موقع جامعة تكساس حيث يواصل العمل ، قال: “نعتقد أن اكتشافنا يحل العديد من المشاكل المتأصلة في البطاريات الحديثة. تعد التكلفة والسلامة وكثافة الطاقة ومستوى الشحن والتفريغ ودورة الحياة أمرًا بالغ الأهمية للمركبات التي تعمل بالبطاريات ، والتي لا يمكن حتى الآن استخدامها على نطاق واسع ". بالإضافة إلى ذلك ، تقول هيلينا براغا ، مؤلفة الدراسة ، في رسائل الرد أن اختراع الفريق يعمل حقًا.
على الرغم من كل مزاياه ، فإن عمله الأخير أصاب المجتمع العلمي. لا يقول المقال كيف يمكن لاختراع جديد من Gudenaf تخزين الطاقة؟ تملي القوانين المعروفة في فيزياء الحالة الصلبة أنه من أجل الحصول على الطاقة من مواد مختلفة ، من الضروري إنتاج تفاعلات كهروكيميائية مختلفة في قطبين متعارضين. يخلق هذا الاختلاف التوتر ، مما يسمح بالحفاظ على الطاقة.
لكن خلايا بطارية غوديناف وفريقه تتكون من الليثيوم النقي أو الصوديوم على كلا الجانبين. لذلك ، يجب أن يكون الجهد صفرًا. يشير العالم إلى أن كثافة الطاقة تزداد عدة مرات مقارنة بالبطاريات التقليدية. من أين تأتي الطاقة إذا لم يكن هناك تفاعل يحدث في الأقطاب؟ في العمل العلمي ، لم تتم الإجابة على هذا السؤال.
أجرى الأستاذ ستينجارت تحليلاً لعمل Goodenough ووصف الطاقة المخفية في عنصر "القدرة الشاذة". ويتساءل أيضًا عما إذا كان الأكسجين قد تسرب إلى خلايا البطارية ، مما قد يؤدي دون قصد إلى إنشاء بطارية ليثيوم - هواء ، وهو ما قد يفسر كثافة الطاقة هذه. بطاريات الليثيوم-الهواء هي الكأس المقدسة الثانية في العلوم ، وهي أكثر صعوبة من أنود الليثيوم النقي. لم ينجح أحد في صنع عنصر استمر لمدة أطول من عدة دورات.
بدورها ، تنفي هيلينا براجا تفسير "الليثيوم-الهواء" ، مصرة على أن خلايا بطاريتها صلبة. وتلاحظ أيضًا أنه خلال التجربة استمرت بطاريتها مئات الدورات - أطول من أي بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن.
منذ ما يقرب من أربعة عقود ، كانت Goodenough شخصية رئيسية في عالم البطاريات الحديثة. في عام 1980 ، اخترع كاثود أكسيد الكوبالت الليثيوم ، الذي تم بيعه في عام 1991. ومع ذلك ، منذ ذلك الحين ، تترك هذه البطاريات التي يتم تسويقها بشكل كبير الكثير مما هو مرغوب فيه. تعتبر تقنية البطاريات الحديثة عقبة خطيرة أمام تطوير التقنيات المستقبلية ، بما في ذلك الإنتاج الضخم للسيارات الكهربائية. البطاريات مكلفة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً للشحن.