السبت - 10 أبريل 2021
السبت - 10 أبريل 2021
تصميم جديد يجعل بطاريات الليثيوم أطول عمراً.

تصميم جديد يجعل بطاريات الليثيوم أطول عمراً.

تصميم جديد يجعل بطاريات الليثيوم أطول عمراً

يواصل الباحثون في جميع أنحاء العالم العمل من أجل تحقيق كثافة طاقة أكبر في بطاريات الليثيوم من أي وقت مضى بهدف تحسين أداء الأجهزة الحالية واستخدامها في الطائرات بدون طيار والروبوتات بعيدة المدى والتي يُمكن استخدامها في عمليات الإنقاذ عن بعد أو حتى في الحروب والمعارك.

وتعد أحد الأساليب الواعدة لدفع حدود تخزين الطاقة داخل تلك البطاريات هي استخدام الأقطاب الكهربائية المعدنية، عوضاً عن الجرافيت التقليدي، مع جهد شحن أعلى في الكاثود (قطب الدائرة الكهربائية).

إلا أن هذه الجهود أعاقتها مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها التي تحدث مع الإلكتروليت؛ وهي المادة التي تفصل بين الأقطاب الكهربائية وتمنع تلامسها مع بعضها البعض.



الآن، وجد فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأماكن أخرى إلكتروليت جديداً يتغلب على هذه المشكلة وهو الأمر الذي من شأنه أن يُحدث قفزة كبيرة في طاقة بطاريات الجيل التالي دون التضحية بالعمر الافتراضي لها.

وقال الباحثون إن هذا الاكتشاف يمكن أن يجعل بطاريات الليثيوم التي يمكنها الآن تخزين 260 واط/ ساعة لكل كيلوغرام، تخزين حوالي 420 واط/ ساعة لكل كيلوغرام، ويمكن أن يترجم ذلك إلى سيارات كهربائية تعمل لفترة أطول، كما يُمكن أن تقود إلى تغييرات طويلة الأمد في تكنولوجيا الأجهزة المحمولة.

وحسب البحث، فإن المواد الأساسية المستخدمة في هذا الإلكتروليت غير مكلفة، برغم أن أحد المركبات ما يزال مكلفاً لأنه محدود الاستخدام، علاوة على ذلك، فإن عملية جمعه وتصنيعه بسيطة، ما يعني إمكانية تحقيق تقدم سريع جداً.

منذ سنوات، يعتبر العلماء بطاريات الليثيوم الهوائية بمثابة البطاريات المستقبلية التي ستحل مكان بطاريات الليثيوم-أيون المستخدمة حالياً. فبشكل نظري يُمكن لتلك البطاريات تخزين الطاقة بمعدل 10 مرات أكثر من البطاريات التقليدية. ويُنظر إليها على أنها الحل النهائي لزيادة كثافة طاقة البطارية إلى أقصى حد. لكن ما يزال هناك العديد من العقبات التي تواجه الباحثين أثناء تطوير هذه البطاريات.

في تلك الأثناء تبين أن تطبيق الإلكتروليت على بطاريات أيون الليثيوم ذات الأقطاب الكهربائية أمر يمكن تحقيقه بسرعة أكبر.

فشلت تجربة استخدام ذلك الإلكتروليت لتصميم بطاريات الليثيوم الهوائية وهو الأمر الذي دفع الباحثين لتجربتها على بطاريات الليثيوم أيون العادية.

صمم الباحثون هذه الإلكتروليت من مجموعة من الجزيئات العضوية التي كانوا يأملون أن تساعد على تحقيق الاستقرار في البطاريات الهوائية فقد طوروا 3 تركيبات مختلفة تعتمد على السلفوناميد (مواد عضوية كبريتية) ووجدوا أنها تقاوم الأكسدة وتأثيرات التحلل الأخرى التي تُقلل من قدرة البطاريات على تخزين الطاقة.

وقال الباحثون إن نوع قطب البطارية المُستخدم الآن مع الإلكتروليت هو أكسيد النيكل الذي يحتوي على بعض الكوبالت والمنجنيز، والذي يُعد العمود الفقري لصناعة السيارات الكهربائية اليوم.

ووجد الباحثون أن استخدام الإلكتروليت الجديد قلل بشكل كبير من التدهور الناتج عن التآكل.

ففي البطاريات التقليدية، تتمثل المشكلة في أن ذرات المعدن في الخيط المعدني بقطب البطارية تميل إلى الذوبان في السائل الموجود بالإلكتروليت، ما يؤدي إلى فقدان كتلة قطب البطارية، وبالتالي يتسبب في تكسير المعدن. في المقابل، فإن الإلكتروليت الجديد مقاوم لمثل هذا الانحلال. فمكونات القطب الكهربي «النيكل والكوبالت والمنجنيز» لا تذوب في الإلكتروليت الجديد.

كما وجد الباحثون أن شكل وبنية مادة الإلكتروليت أكثر قوة، وأن المعادن الموجودة في الأقطاب ليس لديها قدر كبير من الذوبان في هذه الإلكتروليتات الجديدة.

والإلكتروليت الجديد مقاوم كيميائي ضد أكسدة المواد العالية الطاقة الغنية بالنيكل، ما يمنع تكسر الجسيمات ويثبت التركيب الكيميائي للقطب الموجب أثناء الدورة.

ويمكن أن يساعد الإلكتروليت الجديد على تمكين بطاريات الليثيوم المعدنية القابلة لإعادة الشحن بطاقة ضعف طاقات بطاريات أيون الليثيوم الحديثة.

ستحفز هذه النتيجة مزيداً من البحث عن الإلكتروليت وتصميمات الإلكتروليتات السائلة لبطاريات الليثيوم المعدنية المنافسة لتلك التي تحتوي على المواد الصلبة.

ونظراً إلى أن هذا الأمر لا يتطلب إعادة تصميم نظام البطارية بالكامل، فيمكن تنفيذه بسرعة وتسويقه في غضون عامين، فلا توجد عناصر باهظة الثمن، مجرد كربون وفلور، لذلك فهي ليست موارد محدودة

#بلا_حدود