تتنوع بطاريات أيونات الليثيوم؛ إذ نجدها في مجموعة واسعة من الأدوات الإلكترونية بما في ذلك السيارات الكهربائية؛ بسبب كثافة الطاقة العالية لبطاريات أيونات الليثيوم وعمرها الطويل. وعلى الرغم من ذلك، فهي مثل أي تقنية أخرى معرضة للأعطال.
يُعد التسريب الحراري أمرًا شائعًا في هذه الأنواع من البطاريات؛ وهي حالة ترتفع فيها درجة حرارة البطارية، ما قد يؤدي إلى انهيار كيميائي للكهارل وحتى إلى نشوب حريق أو انفجار. ويُعزى ذلك إلى الشحن أو التفريغ الزائد، أو عيوب التصنيع، أو التلف المادي للبطارية.
ابتكر الباحثون الذين يدرسون آليات فشل بطاريات الليثيوم في جامعة ميريلاند تقنية جديدة لتطوير بطاريات أيونات الليثيوم التي قد تتيح للجيل القادم من السيارات الكهربائية والأدوات الأخرى تخزين مزيد من الطاقة، فضلًا عن تقليل حدوث حرائق البطاريات.
تثبيط تشعُّب الليثيوم
قد تتطور تشعبات الليثيوم -وهي هياكل صغيرة تشبه الإبرة- داخل بطاريات أيونات الليثيوم في ظل ظروف معينة خاصةً عند شحن البطارية؛ إذ تُعد هذه الظاهرة مصدر قلقٍ في هندسة بطاريات أيونات الليثيوم؛ لأن هذه التشعبات قد تؤدي إلى مخاطر تتعلق بالسلامة وانخفاض أداء البطارية.
يطرح الاختراع الجديد مفهومًا جديدًا للبطارية وهو (الطبقة البينية) الذي قد يمهد الطريق لتصنيع البطاريات الصلبة بالكامل القابلة للتطبيق من خلال منع نمو التشعبات.
أوضح البروفيسور تشونشنغ وانغ من قسم الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في الجامعة أنه على الرغم من أن وضع خطة للتغلب على عيوب البطاريات الصلبة بالكامل كان يستغرق وقتًا طويلًا، فإنه كان ملتزمًا جدًا بتطوير هذه البطاريات؛ لأنه يعتقد أنها قد تؤدي في النهاية إلى تطوير سيارات أكثر أمانًا حتى من نماذج سيارات الاحتراق الكهربائي أو الداخلي الموجودة.
انطلاقًا من هذا الاعتقاد، بدأ البروفيسور وانغ في عام 2021 العمل على نظرية مع زميل ما بعد الدكتوراه هونغلي وان فيما يتعلق بمنع تكوّن تشعبات الليثيوم ونموها، وهندسة بطاريات الحالة الصلبة بالكامل.
وفقًا لهونغلي: «بعد أن اكتشفنا هذا الجزء، اقترحنا فكرة إعادة تصميم الطبقات البينية التي من شأنها أن تمنع على نحو فعال نمو تشعبات الليثيوم».
يُعد أسلوبهم خاصًا؛ لأنه يعمل على تثبيت واجهات البطارية بين المنحل بالكهرباء الصلب والكاثود حيث تخرج الطاقة من البطارية، والأنود حيث تدخل الإلكترونات من الدائرة إلى البطارية.
الطاقة العالية والأمان
قال وانغ: «إن بطاريات الحالة الصلبة هي الجيل التالي؛ لأنها قد تحقق طاقة عالية وأمانًا. ففي البطاريات الحالية، إذا حققنا طاقة عالية، فسوف نضحي بالسلامة العامة».
تعتزم الشركة المصنعة للبطاريات المتقدمة Solid Power البدء فعليًا في اختبار التكنولوجيا الجديدة؛ لتحديد هل يمكن تسويقها تجاريًا أم لا؟ وذلك بهدف طرح البطاريات في السوق بحلول عام 2026. وعلى الرغم من ذلك، ما زال علينا التغلب على كثير من العقبات.
للتغلب على تلك العقبات، أولًا ستحتاج طبقة الإلكتروليت الصلبة إلى تقليل ثخانتها لتتناسب مع الإلكتروليت في بطاريات أيونات الليثيوم، ما سيزيد من كثافة طاقة البطارية. ثانيًا، لا بد من التخفيف من التكلفة المرتفعة للمكونات الأساسية.
اقرأ أيضًا:
اختراع بطارية جديدة تعمل على الماء.. فهل نتخلى عن بطاريات الليثيوم؟
بطاريات المستقبل: بطارية أيونات الأكسجين التي قد تكون بديلة لبطارية أيونات الليثيوم
ترجمة: محمد فواز السيد
تدقيق: ريمي سليمان
مراجعة: هادية أحمد زكي
