? من كم يوم انعقد مؤتمر جوائز نوبل لعام 2019 والتي تُوّزع على العلماء أصحاب الإبتكارات الأكثر فوائد للبشرية ...
في مجال الكيمياء حصل عليها العلماء اللي بالصورة وكان إبتكارهم هو "تطوير بطاريات الليثيوم أيون".
تحت بذكر تفاصيل بحثهم ...⏳⌛
في مجال الكيمياء حصل عليها العلماء اللي بالصورة وكان إبتكارهم هو "تطوير بطاريات الليثيوم أيون".
تحت بذكر تفاصيل بحثهم ...⏳⌛
أول شيء خلونا نتعرف على الليثيوم،
عنصر قديم نشأ خلال الدقائق الأولى من الانفجار العظيم. وعرفه العالَم بعام 1817، عندما قام كيميائيان سويديان بتطهيره من عينة معدنية بمنجم Utö، في ستوكهولم، فَسماه بيرزيليوس استاناداً على الكلمة اليونانية "الليثوس" وباللغة العربية تعني "الحجر"
عنصر قديم نشأ خلال الدقائق الأولى من الانفجار العظيم. وعرفه العالَم بعام 1817، عندما قام كيميائيان سويديان بتطهيره من عينة معدنية بمنجم Utö، في ستوكهولم، فَسماه بيرزيليوس استاناداً على الكلمة اليونانية "الليثوس" وباللغة العربية تعني "الحجر"
ولدى الليثيوم إلكترون واحد فقط في غلافه الخارجي، وهذا يعني أن يدل على وجود حركة قوية مما يترك الليثيوم لذرة أخرى،
فيتم تشكيل أيون الليثيوم المشحون إيجابياً وأكثر إستقراراً.
فيتم تشكيل أيون الليثيوم المشحون إيجابياً وأكثر إستقراراً.
لم يجد الكيميائيون السويديون فعليًا ليثيوم نقي، هم حصلوا أيونات الليثيوم في شكل ملح.
المهم إنه عنصر غير مستقر ولابد تخزينه بالزيت حتى لا يتفاعل مع الهواء.
المهم إنه عنصر غير مستقر ولابد تخزينه بالزيت حتى لا يتفاعل مع الهواء.
ضعفت قوة تفاعل الليثيوم. في أوائل سبعينيات القرن العشرين
واستخدم ستانلي ويتجنهام محرك الليثيوم لإطلاق إلكترونه الخارجي عندما طور أول بطارية ليثيوم فعالة. وفي عام 1980 ضاعف جون جودناو من إمكانات البطارية وخلق الظروف المناسبة لبطارية أكثر قوة ومفيدة.
واستخدم ستانلي ويتجنهام محرك الليثيوم لإطلاق إلكترونه الخارجي عندما طور أول بطارية ليثيوم فعالة. وفي عام 1980 ضاعف جون جودناو من إمكانات البطارية وخلق الظروف المناسبة لبطارية أكثر قوة ومفيدة.
ثم بعام 1985، أكيرا يوشينونجح في التخلص من الليثيوم النقي من البطارية ، وبدلاً من ذلك تمركزه بالكامل على أيونات الليثيوم ، والتي تعد أكثر أمانًا من الليثيوم النقي. هذا جعل البطارية قابلة للتطبيق في الممارسة العملية.
جلبت بطاريات الليثيوم أيون أكبر فائدة للبشرية ، لأنها مكنت من تطوير أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة الناتجة عن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ♥️.
قصة بطارية ليثيوم أيون المشحونة بالكامل ...
في منتصف القرن العشرين، زاد عدد السيارات التي تعمل بالبنزين في العالم زيادة كبيرة، وأدت أبخرة عوادمها إلى تفاقم الضباب الدخاني الضار الموجود في المدن الكبرى.
في منتصف القرن العشرين، زاد عدد السيارات التي تعمل بالبنزين في العالم زيادة كبيرة، وأدت أبخرة عوادمها إلى تفاقم الضباب الدخاني الضار الموجود في المدن الكبرى.
بالإضافة إلى الإدراك المتنامي بأن النفط هو مورد محدود ، دق ناقوس الخطر لكل من مصنعي السيارات وشركات النفط. كانوا بحاجة إلى الاستثمار في السيارات الكهربائية ومصادر الطاقة البديلة إذا كانت أعمالهم ستنجح.
تتطلب المركبات الكهربائية ومصادر الطاقة البديلة بطاريات قوية يمكنها تخزين كميات كبيرة من الطاقة.
كان هناك نوعان فقط من البطاريات القابلة لإعادة الشحن في السوق في الوقت الحالي: بطارية الرصاص الثقيلة التي تم اختراعها في عام 1859 (والتي لا تزال تستخدم كبطارية تشغيل في السيارات التي تعمل بالبنزين) وبطارية النيكل والكادميوم الذي تم تطويره في النصف الأول من القرن العشرين.
أدى خطر نفاد النفط إلى اتخاذ شركة عملاقة للنفط، مثل إكسون، قرارًا بتنويع أنشطتها.
في استثمار كبير في الأبحاث الأساسية، قاموا بتجنيد بعض من الباحثين الأوائل في ذلك الوقت في مجال الطاقة ، ومنحهم الحرية في فعل ما أرادوه طالما لم يتضمن البترول.
في استثمار كبير في الأبحاث الأساسية، قاموا بتجنيد بعض من الباحثين الأوائل في ذلك الوقت في مجال الطاقة ، ومنحهم الحرية في فعل ما أرادوه طالما لم يتضمن البترول.
كان ستانلي ويتنجهام من بين أولئك الذين انتقلوا إلى إكسون في عام 1972. وقد جاء من جامعة ستانفورد ، حيث تضمن بحثه مواد صلبة ذات مساحات بحجم الذرة يمكن أن تلتصق بها أيونات مشحونة. وتسمى هذه الظاهرة intercalation
تتغير خصائص المواد عند اكتشاف أيونات بداخلها. في شركة #إكسون ، بدأ #ستانلي_ويتنجهام وزملاؤه في التحقيق في المواد فائقة التوصيل ، بما في ذلك ثاني كبريتيد التنتالوم ، الذي يمكن أن يقترن الأيونات. أضافوا أيونات إلى ثاني كبريتيد التنتالوم ودرسوا كيف تأثرت الموصلية.
كما هو الحال في كثير من الأحيان في العلوم ، أدت هذه التجربة إلى اكتشاف غير متوقع وقيمة. اتضح أن أيونات البوتاسيوم أثرت على توصيلية ثاني كبريتيد التنتالوم ، وعندما بدأ ستانلي ويتنجهام في دراسة المادة بالتفصيل لاحظ أن لديها كثافة طاقة عالية للغاية.
ليس من المفترض أن الليثيوم لديه فخر مكان في هذه القصة ؟
حسنًا`
هذا هو المكان الذي يدخل فيه الليثيوم في السرد - مثل القطب السالب في بطارية ستانلي ويتنجهام المبتكرة. لم يكن الليثيوم اختيارًا عشوائيًا ؛ في البطارية ، يجب أن تتدفق الإلكترونات من القطب السالب - القطب الموجب .
حسنًا`
هذا هو المكان الذي يدخل فيه الليثيوم في السرد - مثل القطب السالب في بطارية ستانلي ويتنجهام المبتكرة. لم يكن الليثيوم اختيارًا عشوائيًا ؛ في البطارية ، يجب أن تتدفق الإلكترونات من القطب السالب - القطب الموجب .
وكانت النتيجة بطارية ليثيوم قابلة لإعادة الشحن تعمل في درجة حرارة الغرفة حرفياً "إمكانيات كبيرة" سافر ستانلي إلى مقر إكسون في نيويورك للحديث عن ذلك، استمر الاجتماع ١٥ دقيقة، واتخذت مجموعة الإدارة قرارًا سريعًا فيما بعد: ستقوم بتطوير بطارية قابلة للتطبيق التجاري باستخدام اكتشافه .
تحتوي البطاريات الأولى القابلة لإعادة الشحن على مواد صلبة في الأقطاب الكهربائية ، التي انهارت عندما تفاعلت كيميائيا مع الموصل بالكهرباء. ودمرت البطاريات. ولكن كانت ميزة بطارية ستانلي الليثيوميه هي تخزين أيونات الليثيوم في مسافات في ثاني كبريتيد التيتانيوم في الكاثود.
عند استخدام البطارية، تدفقت أيونات الليثيوم من الليثيوم في الأنود إلى ثاني كبريتيد التيتانيوم في الكاثود. عندما تم شحن البطارية ، تدفقت أيونات الليثيوم مرة أخرى.
لسوء الحظ، عانت المجموعة التي كانت ستبدأ في إنتاج البطارية من بعض الانتكاسات. ونظرًا لشحن بطارية الليثيوم الجديدة بشكل متكرر ، فإن شعيرات الليثيوم النحيفة نمت من قطب الليثيوم. عندما وصلوا إلى القطب الآخر ، كانت البطارية قصيرة الدائرة مما قد يؤدي إلى انفجار.
كان على رجال الإطفاء إخماد عدد من الحرائق وهددوا أخيرًا بدفع المختبر إلى الدفع مقابل المواد الكيميائية الخاصة المستخدمة في إطفاء حرائق الليثيوم.
تتشكل شعيرات الليثيوم عندما يتم شحن بطارية بها ليثيوم نقي في الأنود. هذه يمكن أن ماس كهربائى البطارية ويسبب حرائق وحتى الانفجارات.
لجعل البطارية أكثر أمانًا ، تمت إضافة الألومنيوم إلى القطب الليثيوم المعدني وتم تغيير المنحل بالكهرباء بين الأقطاب الكهربائية. أعلن ستانلي ويتنجهام اكتشافه في عام 1976 وبدأ إنتاج البطارية على نطاق صغير لصالح صانع ساعات سويسري أراد استخدامه في الساعات التي تعمل بالطاقة الشمسية.
كان الهدف هو زيادة بطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن حتى تتمكن من تشغيل السيارة. ولكن انخفض سعر النفط بشكل كبير في أوائل الثمانينيات، وكانت إكسون في حاجة إلى إجراء تخفيضات. تم إيقاف أعمال التطوير وتم ترخيص تقنية بطارية Whittingham لثلاث شركات مختلفة في ثلاثة أجزاء بالعالم .
ومع ذلك، هذا لا يعني أن الالتطور توقف عندما استسلمت إكسون
تولى جون جودناو.....
تولى جون جودناو.....
عندما كان طفلاً لقي جون مشاكل كبيرة في القراءة، مما جعله ينجذب إلى الرياضيات والفيزياء - بعد الحرب العالمية الثانية - كان يعمل لسنوات عديدة في مختبر لينكولن بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأثناء وجوده هناك ساهم في تطوير ذاكرة الوصول العشوائي(RAM)التي الآن مكونًا أساسيًا في الحوسبة.
تأثر جون جودنوغ ، كالكثير من الأشخاص الآخرين في سبعينيات القرن الماضي ، بأزمة النفط وأراد المساهمة في تطوير مصادر بديلة للطاقة. ومع ذلك ، تم تمويل مختبر لينكولن من قبل القوات الجوية الأمريكية ولم يسمح لجميع أنواع البحوث...
لذلك عندما عرض عليه منصب أستاذ الكيمياء غير العضوية في جامعة أكسفورد في بريطانيا العظمى ، انتهز الفرصة ودخل عالم هام من بحوث الطاقة.
كان جودنوف على علم ببطارية ويتنغهام الثورية ، لكن معرفته المتخصصة بداخل المادة أخبرته أن الكاثود يمكن أن يكون له إمكانات أعلى إذا تم تصنيعه باستخدام أكسيد معدني بدلاً من كبريتيد المعادن.
بعد ذلك تم تكليف عدد قليل من الأشخاص في مجموعته البحثية بإيجاد أكسيد فلز أنتج جهدًا عاليًا عندما قام بتبادل أيونات الليثيوم ، لكنه لم ينهار عندما تمت إزالة الأيونات.
كان هذا البحث المنهجي أكثر نجاحًا من جون جودنوغ الذي تجرأ على الأمل.
كان هذا البحث المنهجي أكثر نجاحًا من جون جودنوغ الذي تجرأ على الأمل.
لقد ولدت بطارية ويتنغهام أكثر من فولتين ، لكن جون اكتشف أن البطارية التي تحتوي على أكسيد الليثيوم الكوبالت في الكاثود كانت ضعف القوة تقريبًا ، بأربعة فولت.
كان أحد مفاتيح هذا النجاح هو إدراك John Goodenough أن البطاريات لم يكن من الضروري تصنيعها في حالتها المشحونة
كان أحد مفاتيح هذا النجاح هو إدراك John Goodenough أن البطاريات لم يكن من الضروري تصنيعها في حالتها المشحونة
بدلا من ذلك ، يمكن توجيه الاتهام بعد ذلك. في عام 1980 ، نشر اكتشاف هذه المادة الكاثود الجديدة الكثيفة الطاقة والتي ، على الرغم من وزنها المنخفض ، أسفرت عن بطاريات قوية وعالية السعة. كانت هذه خطوة حاسمة نحو الثورة اللاسلكية.
طور أكيرا يوشينو أول بطارية ليثيوم أيون قابلة للتطبيق تجاريًا. لقد استخدم أكسيد الليثيوم والكوبالت من Goodenough في الكاثود ، وفي الأنود استخدم مادة كربون ، فحم الكوك النفطي ، والتي يمكن أن تقاطع أيونات الليثيوم أيضًا. لا تعتمد وظيفة البطارية على أي تفاعلات كيميائية ضارة.
بدلاً من ذلك ، تتدفق أيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا بين الأقطاب الكهربائية ، مما يعطي البطارية عمرًا طويلاً.
وأيضاً البطارية لا يوجد لديها الليثيوم النقي. في عام 1986 ، فعندما كان أكيرا يوشينو يختبر سلامة البطارية ، توخى الحذر واستخدم منشأة مصممة لاختبار الأجهزة المتفجرة.
وأيضاً البطارية لا يوجد لديها الليثيوم النقي. في عام 1986 ، فعندما كان أكيرا يوشينو يختبر سلامة البطارية ، توخى الحذر واستخدم منشأة مصممة لاختبار الأجهزة المتفجرة.
لقد ألقى قطعة كبيرة من الحديد على البطارية ، لكن لم يحدث شيء. ومع ذلك ، عند تكرار التجربة ببطارية تحتوي على الليثيوم النقي ، حدث انفجار عنيف.
اجتياز اختبار السلامة أمر أساسي لمستقبل البطارية. يقول أكيرا يوشينو إن هذه كانت "اللحظة التي ولدت فيها بطارية ليثيوم أيون".
اجتياز اختبار السلامة أمر أساسي لمستقبل البطارية. يقول أكيرا يوشينو إن هذه كانت "اللحظة التي ولدت فيها بطارية ليثيوم أيون".
بحلول عام 1991 ، بدأت شركة إلكترونيات يابانية كبرى في بيع أول بطاريات الليثيوم أيون ، مما أدى إلى ثورة في الإلكترونيات. تقلصت الهواتف المحمولة ، وأصبحت أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وتم تطوير مشغلات MP3 والأجهزة اللوحية.
بعد ذلك ، بحث الباحثون في جميع أنحاء العالم من خلال الجدول الدوري للبحث عن بطاريات أفضل ، لكن لم ينجح أحد حتى الآن في اختراع شيء يتفوق على السعة العالية والجهد العالي لبطارية الليثيوم. ومع ذلك ، تم تغيير وتحسين بطارية ليثيوم أيون. من بين أشياء أخرى..
استبدل جون أكسيد الكوبالت بفوسفات الحديد ، مما يجعل البطارية أكثر ملاءمة للبيئة.
مثل كل شيء ، يؤثر إنتاج بطاريات الليثيوم أيون على البيئة ، ولكن هناك أيضًا فوائد بيئية هائلة.
مثل كل شيء ، يؤثر إنتاج بطاريات الليثيوم أيون على البيئة ، ولكن هناك أيضًا فوائد بيئية هائلة.
أتاحت البطارية تطوير تقنيات الطاقة الأنظف والمركبات الكهربائية، مما ساهم في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة والجزيئات .
من خلال عملهم ، قام كل من جون جودنوف وستانلي ويتنجهام وأكيرا يوشينو بتهيئة الظروف المناسبة لمجتمع خالٍ من الوقود اللاسلكي والحفري ، وبذلك حققوا أكبر فائدة للبشرية
من خلال عملهم ، قام كل من جون جودنوف وستانلي ويتنجهام وأكيرا يوشينو بتهيئة الظروف المناسبة لمجتمع خالٍ من الوقود اللاسلكي والحفري ، وبذلك حققوا أكبر فائدة للبشرية
جاري تحميل الاقتراحات...