بطارية كربون مزدوجة

بطارية الكربون المزدوجة هي نوع من البطاريات تستخدم الجرافيت (أو الكربون) كمادة لكل من الكاثود والأنود . بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون ، تتطلب بطاريات الأيونات المزدوجة طاقة أقل وتُصدر كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون _{أثناء الإنتاج،} كما أنها تعتمد بشكل أقل على مواد أساسية مثل النيكل أو الكوبالت، ويمكن إعادة تدويرها بسهولة أكبر.

تم تقديم بطاريات الكربون المزدوج (وتسمى أيضاً بطاريات الجرافيت المزدوج) لأول مرة في براءة اختراع عام 1989. ^{[ 1 ]} وقد تمت دراستها لاحقاً من قبل العديد من المجموعات البحثية الأخرى. ^{[ 2 ]}

في عام ٢٠١٤، أعلنت شركة باور جابان بلس الناشئة عن خططها لتسويق نسختها من البطارية، والتي تحمل اسم رايدن. وقد طُوّرت تقنية بطارية الكربون المزدوجة من خلال بحث مشترك بين شركة باور جابان بلس والدكتور تاتسومي إيشيهارا، الأستاذ بجامعة كيوشو. وأكملت باور جابان بلس تطوير نموذج أولي لبطارية الكربون المزدوجة العضوية على شكل خلايا قرصية في عام ٢٠١٤.

يشتهر كانامي تاكيا، أحد قادة الشركة، بعمله على سيارتي تويوتا بريوس وتيسلا موديل إس . ^{[ 3 ]} زعمت الشركة أن بطاريتها توفر كثافة طاقة مماثلة لبطاريات الليثيوم أيون، وتشحن أسرع بعشرين مرة من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، ومصممة لأكثر من 3000 دورة شحن، مع تحسينات في السلامة والاستدامة الشاملة. كما زعمت أن بطاريتها يمكن دمجها مباشرة في عمليات التصنيع الحالية، دون الحاجة إلى أي تغييرات على خطوط الإنتاج. ^{[ 2 ]}

في يونيو 2017، استحوذت شركة PJP Eye LTD. على أعمال البطاريات التابعة لشركة Power Japan Plus وجميع مرافق البحث والتطوير والمعدات والملكية الفكرية وبراءات الاختراع والأصول الأخرى.

تواصل شركة PJP Eye LTD. حاليًا تطوير بطارية الكربون العضوية المزدوجة، وقد أنجزت بنجاح إثبات جدوى تصميمها كخلايا مُرقّقة. وقد بدأت الشركة الإنتاج الضخم لبطارية الكربون العضوية الأحادية، المُعتمدة على تقنية الكربون العضوية المزدوجة، في عام 2017. وتم دمج هذه البطارية في تطبيقات متنوعة، بدءًا من وسائل النقل الشخصية والطائرات المسيّرة وصولًا إلى أنظمة التخزين. وتخطط PJP Eye LTD. لبدء الإنتاج الضخم والتسويق التجاري لبطارية الكربون العضوية المزدوجة، التي تحمل العلامة التجارية "Cambrian Dual"، بحلول عام 2023، بهدف دمجها في السيارات الكهربائية والطائرات الكهربائية.

تستخدم الخلية، كمحلول إلكتروليتي ، ملحًا واحدًا أو أكثر من أملاح الليثيوم في مذيب عضوي لا بروتوني . لم يتم تحديد هذه الأملاح، ولكن على سبيل المثال، في براءة اختراع، تستخدم المجموعة نظامًا يتكون من سداسي فلوروفوسفات الليثيوم ( LiPF6).₆ ) كملح،وكربونات الإيثيلين(EC)وكربونات ثنائي الميثيل(DMC)، ممزوجة بنسبة حجم 1:2، كمذيب.

يعتمد كلا القطبين على الكربون الجرافيتي. ويتم الحصول على الجرافيت ذي الحجم الحبيبي المناسب عن طريق التحلل الحراري للقطن.

يحدث ترسيب وانحلال ملح الليثيوم في أي مكان يوجد فيه الإلكتروليت. مع ذلك، يؤدي ازدياد الترسيب على أسطح الأقطاب الكهربائية إلى انخفاض كثافة الطاقة لأن الملح في الحالة الصلبة عازل. يقدم أحد عناصر براءة اختراع الشركة طريقة لمنع هذا الترسيب، مما يحسن أيضًا الطاقة النوعية للبطارية . ^{[ 2 ]}

يمكن تفريغ البطارية بالكامل دون خطر حدوث ماس كهربائي وتلفها. تعمل البطارية دون تسخين في درجة حرارة الغرفة، متجنبةً بذلك أنظمة التبريد المعقدة الموجودة في السيارات الكهربائية الحالية وما يصاحبها من خطر الانهيار الحراري. تعمل البطارية بجهد يزيد عن أربعة فولتات. وهي قابلة لإعادة التدوير بالكامل. صُنعت الأقطاب الكهربائية من القطن لتحسين التحكم في حجم البلورات. ^{[ 4 ]}

استخدم مشروع بحثي منفصل نفس الملح ومحلول إلكتروليتي لا بروتوني عالي الجهد يعتمد على مذيب ومادة مضافة مفلورة، وكان قادرًا على دعم التفاعلات الكيميائية عند 5.2  فولت بكفاءة عالية. يلزم وجود كمية كافية من ملح الإلكتروليت في الخلية لضمان التوصيل، كما يجب توفير كمية كافية من المذيب لتمكين الملح من الذوبان عند أي مستوى من الشحن/التفريغ. ^{[ 2 ]}

تُدخل أيونات الليثيوم المنتشرة في الإلكتروليت إلى المصعد أو تترسب عليه أثناء الشحن، كما هو الحال في بطاريات الليثيوم أيون الأخرى. وبشكل غير معتاد، تُقحم أيونات ( أنيونات ) من الإلكتروليت في المهبط في الوقت نفسه. وأثناء التفريغ، تعود كل من الأنيونات وأيونات الليثيوم إلى الإلكتروليت. وبذلك، يعمل الإلكتروليت في هذا النظام كناقل للشحنة ومادة فعالة في آن واحد. ^{[ 2 ]}

تتحدد السعة من خلال سعة التخزين وكمية إطلاق الأيونات من الأقطاب الكهربائية وكمية الأنيونات والكاتيونات في الإلكتروليت غير البروتوني. ^{[ 2 ]}

• براءة الاختراع الأمريكية رقم 3844837 أ  ؛ المفهوم الأساسي، مُنحت للبحرية الأمريكية في 29 أكتوبر 1974
• براءة الاختراع A1 WO 2015132962 A1 ؛ كيمياء قابلة للتطبيق تجارياً، مُنحت لجامعة كيوشو وشركة باور جابان بلس في 11 سبتمبر 2015 
• براءة الاختراع A1 WO 2016021067 A1 ؛ تقنية البناء، مُنحت لشركة باور جابان بلس في 11 فبراير 2016 
• براءة الاختراع A1 WO 2016021068 A1 ؛ تقنية تصنيع، مُنحت لشركة باور جابان بلس في 11 فبراير 2016 
• براءة الاختراع A1 WO 2016046910 A1 ؛ طلب طبي ناشئ عن أبحاثهم المتعلقة بالكربون، مُنحت لشركة باور جابان بلس في 31 مارس 2016 
• براءة الاختراع A JP 2016091984 A ؛ تم حل مشكلة نمو التشعبات، مُنحت لشركة باور جابان بلس في 23 مايو 2016