الألومينا هي المادة الخام لمنتجات الألومنيوم، ومادة مساعدة في صناعات مثل الكيماويات والآلات. ولطالما لعبت دورًا هامًا في الاقتصاد الوطني. وتشهد صناعات جديدة، مثل الاتصالات والطاقة الجديدة وأشباه الموصلات، نموًا متسارعًا، مما يزيد الطلب على المواد عالية الأداء. وتكتسب منتجات الألومينا عالية الجودة زخمًا متزايدًا، لا سيما في سوق الطاقة الجديدة الذي تبلغ قيمته تريليون دولار. وقد أصبح الألومينا مادة أساسية حاسمة في هذا القطاع.
سوق الطاقة الجديد
لمعالجة أزمة الطاقة العالمية والتلوث البيئي، اعتمدت الدول سياساتٍ لتعزيز التحول إلى الطاقة منخفضة الكربون. تهدف هذه السياسات إلى دعم التنمية المستدامة لصناعة الطاقة الجديدة.
في قطاع مركبات الطاقة الجديدة، يشهد إنتاج ومبيعات الصين نموًا مطردًا منذ عام 2021. وتجاوز النمو السنوي 30% لأربع سنوات متتالية. وفي عام 2024، تجاوز إنتاج ومبيعات مركبات الطاقة الجديدة 10 ملايين وحدة لأول مرة، ليصل إلى 12.888 مليون و12.866 مليون وحدة على التوالي. ويمثل هذا زيادة سنوية قدرها 34.4% و35.5%. وتمثل مركبات الطاقة الجديدة الآن 40.9% من إجمالي مبيعات المركبات، بزيادة قدرها 9.3 نقطة مئوية عن عام 2023. وتتوقع بعض المؤسسات أن يصل حجم سوق مركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 2.31 تريليون يوان بحلول عام 2025.
قطاع البطاريات
وبحسب البيانات الصادرة عن وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات، في عام 2024، بلغ إجمالي إنتاج بطاريات الليثيوم في الصين 1170 جيجاوات ساعة، بزيادة سنوية قدرها 24%، مع تجاوز إجمالي قيمة الناتج الصناعي 1.2 تريليون يوان.
تطبيق الألومينا في صناعة الطاقة الجديدة
مواد الكاثود
في مواد الكاثود في بطاريات أيون الليثيوم، يُحسّن طلاء سطح Al₂O₃ بشكل فعال من احتفاظ مواد الكاثود بالسعة، وأداء دورة التشغيل الطويلة، والاستقرار الحراري. تشمل الآثار الإيجابية لطلاء سطح Al₂O₃ على أداء مواد الكاثود ما يلي:
يعمل كمنظف للفلورايد، ويزيل حمض الهيدروفلوريك من محلول الإلكتروليت ويمنع إذابة المعادن الانتقالية في مادة الكاثود.
تشكيل حاجز وقائي مادي على سطح الكاثود لمنع التفاعلات الجانبية غير الضرورية بين مادة الكاثود والإلكتروليت غير المائي.
تشكيل ألومينيد الليثيوم على سطح الكاثود لتعزيز معدل انتشار أيونات الليثيوم وتقليل مقاومة نقل الشحنة.
تقليل التفاعلات الطاردة للحرارة، وبالتالي تحسين الاستقرار الحراري لمادة الكاثود.
التفاعل مع LiPF₆ لتوليد مادة مضافة للإلكتروليت LiPO₂F₂، مما يحسن أداء دورة البطارية وعمرها الافتراضي.
قمع تأثير جان-تيلر، وبالتالي تعزيز استقرار دورة القطب.
طلاء الفاصل
ال فاصل يُعدّ هذا العنصر الأكثر صعوبةً من الناحية التقنية في مواد بطاريات أيون الليثيوم. وتأتي تكلفته في المرتبة الثانية بعد مواد الكاثود، حيث تتراوح تكلفته بين 10% و14% تقريبًا. وفي بعض البطاريات عالية الجودة، قد تصل تكلفة الفاصل إلى 20%.
تُظهر الأبحاث أن طلاء سطح الفاصل على أحد الجانبين أو كليهما يُحسّن استقراره في درجات الحرارة العالية. كما يُقلل من مخاطر السلامة، مثل تلامس الأقطاب الكهربائية، والاحتراق، والانفجارات الناتجة عن الانكماش الحراري للفاصل. وهذا يُحسّن بشكل كبير استقرار الفاصل وعمره الافتراضي.
الألومينا عالية النقاء مادة طلاء غير عضوية مثالية. تتميز بثبات حراري ممتاز وخمول كيميائي، مما يجعلها مثالية للطلاءات الخزفية على فواصل البطاريات.
مواد الأنود
لا يقتصر استخدام الألومينا على الفواصل فحسب، بل يشمل أيضًا سطح الأنودات. وقد أظهرت دراسات أجراها هو مين وتشانغ يانجيانغ أن طلاء الألومينا على سطح الأنود يُحسّن استقرار واجهة الأنود، ويُقلل من فقدان الليثيوم النشط، ويُحسّن قدرة بطاريات أيونات الليثيوم على الاحتفاظ بالشحنة وأداء دورة الشحن. وخلال اختبارات الثقب، نجح طلاء سطح الأنود في تقليل شدة قصر الدائرة بين الأنود والكاثود.
الإلكتروليتات
يتأثر أداء بطاريات أيونات الليثيوم بشكل كبير بخصائص الإلكتروليت. تُستخدم أنظمة إلكتروليت مختلفة لوظائف مختلفة في بطاريات أيونات الليثيوم. وقد أظهرت الأبحاث أن إضافة كمية معينة من مسحوق الألومينا إلى الإلكتروليت يُحسّن موصلية الإلكتروليت بشكل فعال، ويُقلل من مقاومة نقل الشحنة، ويُحسّن الأداء الكهروكيميائي لبطاريات أيونات الليثيوم.
إلكتروليتات بطاريات الحالة الصلبة
يمكن للألومينا النانوية عالية النقاء، المضافة إلى إلكتروليتات الحالة الصلبة البوليمرية، مثل أكسيد البولي (إيثيلين) (PEO)، أن تعزز توصيلية البوليمر واستقراره، وتُقلل من تبلوره، وتُزيد من حركية السلسلة. وعند إضافتها إلى إلكتروليتات الحالة الصلبة المؤكسدة، مثل إلكتروليتات Li₇La₃Zr₂O₁₂ الصلبة من نوع العقيق (LLZO)، فإنها تُحسّن توصيلية الإلكتروليت وقدرته على الاحتفاظ بالسعة.
خاتمة
بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، فإن استخدام الألومينا في صناعة الطاقة الجديدة ليس محدودًا. على سبيل المثال، تُستخدم في المكونات الخزفية مثل المرحلات، والصمامات، وحلقات الختم في مركبات الطاقة الجديدة. في صناعة الطاقة الجديدة، التي تواجه تحديات في الإدارة الحرارية، تلعب الألومينا دورًا رئيسيًا ليس فقط كركيزة لتبديد الحرارة، بل أيضًا كحشو موصل للحرارة، وغالبًا ما تُستخدم في المعاجين الموصلة للحرارة، والمواد الهلامية، ومواد التبريد الأخرى. ختامًا، تتمتع مواد الألومينا بآفاق تطبيقية واسعة في أسواق الطاقة الجديدة وأشباه الموصلات التي تبلغ قيمتها تريليون دولار.
آلات مسحوق ملحمة شركة إيبك باودر رائدة في تطوير المواد لقطاع الطاقة الجديدة. بفضل خبرتنا في الطحن فائق الدقة والتصنيع الدقيق، نقدم منتجات ألومينا عالية الجودة لمختلف التطبيقات، بما في ذلك مكونات البطاريات. تضمن تقنيتنا المتطورة تلبية موادنا للمتطلبات الصارمة للصناعات الحديثة، مما يساهم في النمو المستدام لسوق الطاقة الجديدة. ثقوا بشركة إيبك باودر لدعم ابتكاراتكم بحلول متطورة.
