قام فريق من الباحثين، بقيادة البروفيسور ما تشنغ من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC)، بتطوير نوع جديد واعد من المنحل بالكهرباء ذو الحالة الصلبة، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في مجال تكنولوجيا بطاريات الليثيوم.
توصف بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل (ASSLBs) بأنها مستقبل السيارات الكهربائية، مع القدرة على إحداث ثورة في صناعة السيارات. تتمتع هذه البطاريات بالعديد من المزايا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التجارية الحالية. ومن بين هذه الأمور الرئيسية هو التحسن الكبير في سلامة هذه البطاريات، والتي تعالج مسألة هامة تتعلق بمخاوف السلامة التي تطرحها بطاريات الليثيوم أيون الموجودة. بالإضافة إلى ذلك، تمتلك ASSLBs إمكانات أعلى بكثير لتعزيز كثافة الطاقة.
يعتمد بناء ASSLBs الوظيفية إلى حد كبير على استخدام إلكتروليتات الحالة الصلبة المناسبة. وهذا يشكل تحديًا نظرًا لأن إلكتروليتات الحالة الصلبة عالية الأداء الموجودة حاليًا مكلفة جدًا للاستخدام التجاري بشكل عام.
لمعالجة هذه المشكلة، نجح فريق البحث في تطوير نوع جديد من إلكتروليت الحالة الصلبة المعروف باسم أوكسي كلوريد زركونيوم الليثيوم (LZCO). إحدى المزايا الكبيرة لهذا المنحل بالكهرباء الجديد هي تكلفته المنخفضة، والتي تنبع من حقيقة أنه يمكن تصنيعه من مركبات غير مكلفة ومتوفرة على نطاق واسع مثل مونوهيدرات هيدروكسيد الليثيوم، وكلوريد الليثيوم، وكلوريد الزركونيوم. ونتيجة لذلك، يمكن أن تصل تكلفة إنتاج LZCO إلى 11.60 دولارًا للكيلوغرام الواحد، وهو جزء صغير من إلكتروليتات الحالة الصلبة المكلفة عالية الأداء من الكبريتيد والكلوريد، والتي يتجاوز سعرها عمومًا 190 دولارًا للكيلوغرام الواحد.
يوفر أوكسي كلوريد الليثيوم الزركونيوم أيضًا مستويات أداء تنافسية. على سبيل المثال، يُظهر الإلكتروليت موصلية أيونية في درجة حرارة الغرفة تصل إلى 2.42 مللي سيليزير سم-1، وهي واحدة من أعلى الموصليات المسجلة بين جميع أنواع إلكتروليتات الحالة الصلبة حتى الآن. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر LZCO قابلية انضغاطية مثيرة للإعجاب، حيث يحقق ما يقرب من 94.2٪ كثافة تحت 300 ميجاباسكال، متفوقًا على قدرات الضغط الخاصة بإلكتروليتات الحالة الصلبة للكبريتيد والكلوريد، والتي تنخفض عادةً إلى أقل من 90٪ عند نفس مستوى الضغط.
كشف الاختبار أن أداء LZCO بشكل عام كان على قدم المساواة مع بعض إلكتروليتات الحالة الصلبة الأكثر تقدمًا من الكبريتيد والكلوريد المتوفرة. ومن الجدير بالذكر أن ASSLB المعزز بطبقات الكاثود الغنية بالنيكل والذي تم إنشاؤه باستخدام LZCO أظهر ثباتًا استثنائيًا وكان قادرًا على إكمال أكثر من 2,000 دورة في درجة حرارة الغرفة عند اختباره في ظل ظروف شحن سريع لمدة 12 دقيقة.
يعد إنشاء هذه المادة الجديدة بمثابة تقدم كبير في تطوير إلكتروليتات الحالة الصلبة الفعالة من حيث التكلفة والفعالة. هذا الاختراق يجعل احتمال تسويق بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة أقرب إلى حد كبير، مما يعد بتحول ديناميكي لصناعة السيارات الكهربائية في المستقبل القريب.