قام باحثون يابانيون من جامعة يوكوهاما الوطنية (YNU) بتطوير بطارية مبتكرة تعتمد على المنغنيز لإستخدامها في المركبات الكهربائية (EVs)، حيث تمكنوا من تحقيق كثافة طاقية تبلغ 820 واط-ساعة لكل كيلوغرام (Wh/kg). يتفوق هذا الأداء على البطاريات الحالية المعتمدة على النيكل والكوبالت (NiCo) التي تصل كثافتها إلى 750 واط-ساعة لكل كيلوغرام، بينما توفر البطاريات التي تعتمد على الليثيوم فقط 500 واط-ساعة لكل كيلوغرام.
يُقدم عمل الفريق بديلاً أكثر إستدامة وفعالية من حيث التكلفة للبطاريات التي تعتمد على النيكل والكوبالت، والتي تواجه تحديات بسبب ندرتها وتكلفتها العالية، خاصة في ظل التبني المتزايد للمركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم.
ركز الباحثون على إستخدام المنغنيز في الأنود الخاص بالبطارية، حيث إستخدموا مادة LiMnO2 ( أكسيد الليثيوم والمنغنيز ) كمادة أساسية. وقد تغلبوا على التحديات التقليدية المتعلقة بالمنغنيز، مثل ضعف أداء الأقطاب وإنخفاض الجهد، من خلال إستخدام نظام بلوري خاص يعرف بالنظام أحادي الميل (monoclinic system).
يساعد هذا النظام في تسهيل التحول الطوري إلى مرحلة تشبه السبينيل (spinel-like phase)، مما يحسن بشكل كبير من أداء البطارية. ومن خلال تصنيع LiMnO2 بحجم نانوي وذي مساحة سطحية عالية، حقق الفريق سعة كبيرة قابلة للعكس وقدرة شحن ممتازة، مما يجعل هذه البطارية مناسبة للاستخدام في المركبات الكهربائية.
أحد التطورات الرئيسية هو غياب إنخفاض الجهد في هذه البطارية المُعتمدة على المنغنيز، وهي مشكلة كانت تؤثر سلبًا على الأداء في التطبيقات السابقة للمنغنيز. ورغم إحتمال حدوث إنحلال للمنغنيز، يخطط الباحثون للتغلب على هذه المشكلة بإستخدام محلول إلكتروليتي عالي التركيز وطلاء فوسفات الليثيوم.
يمثل هذا الابتكار بديلاً تنافسيًا وصديقًا للبيئة مقارنة بتقنيات بطاريات المركبات الكهربائية الحالية. وتزيد بساطة طريقة التصنيع وتكلفتها المنخفضة من إمكانيات تسويق هذا النوع من البطاريات. وقد تم نشر هذه النتائج في مجلة ” ACS Central Science “، حيث سلطت الضوء على مساهمة الفريق في دفع عجلة تكنولوجيا البطاريات المصممة للمركبات الكهربائية المستدامة، مع إمكانيات واعدة للدفع بمستقبل التنقل الكهربائي إلى الأمام.