مخترع بطاريات الليثيوم-أيون يطور تقنية جديدة لبطاريات سريعة الشحن غير قابلة للاشتعال
طَوَّر فريق من المهندسين بقيادة (جون جود إنف- (John Goodenough البالغ من العمر أربعةً وتسعين عامًا والأستاذ بكلية الهندسة، جامعة تكساس بأوستن وأحد مخترعي بطاريات الليثيوم-أيون، أول بطارية تعتمد كُليًا على الحالة الصلبة، قد تقودنا إلى جيل جديد من البطاريات التي تستخدم في الهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية ومحطات تخزين الطاقة ويُمكن إعادة شحنها بشكل أكثر أمانًا وسرعة لتدوم فترة أكبر.
آخر ابتكارات جود إنف -بالتعاون مع (ماريا هيلينا براجا-Maria Helena Braga) الباحثة في كلية كوكريل- بطارية مبنية بالكامل من مواد صلبة زهيدة الثمن، تتميز بعدم قابليتها للاشتعال فضلًا عن عُمر افتراضي أطول وكثافة كهربية عالية ومعدلات شحن أسرع.
يقول جود إنف:» التكلفة والأمان والكثافة الكهربية ومعدلات الشحن والتفريغ والعمر الافتراضي للبطارية، هي عوامل شديدة التأثير على انتشار السيارات التي تعمل بالبطاريات على نطاق واسع. نحن نؤمن أن اختراعنا يتجاوز العديد من المشاكل المُتأصلة في البطاريات المستخدمة حاليًا«.
أوضح الباحثون أن البطاريات الجديدة لها ثلاثة أضعاف الكثافة الكهربية الموجودة في بطاريات الليثوم-أيون المستخدمة حاليًا. تحدد الكثافة الكهربية لخلية البطارية المسافة التي تقطعها المركبة الكهربائية، بالتالي تؤدي الزيادة في الكثافة الكهربية إلى زيادة المسافة التي تقطعها المركبة دون الحاجة إلى إعادة الشحن.
يسمح تركيب البطارية أيضًا بعدد كبير من دورات الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى زيادة العمر الافتراضي للبطارية، بالإضافة لمعدل شحن أسرع (دقائق بدلًا من ساعات).
تعمل بطاريات الليثيوم-أيون حاليًا عن طريق سائل (إلكتروليت- (Electrolyte ينقل أيونات الليثيوم من الكاثود (الجزء السالب للبطارية) إلى الآنود (الجزء الموجب للبطارية).
إذا شُحنت البطارية بسرعة كبيرة فربما يؤدي ذلك إلى تكون شظايا معدنية تعبر السائل الإلكتروليتي مسببة قصر في (الدائرة الكهربية-Short Circuit) مما قد يؤدي إلى اشتعال البطارية.
يعتمد الباحثون على إلكتروليت زجاجي يمكّننا من استخدام آنود من المعادن القاعدية لا يسمح بتكون تلك الشظايا المعدنية.
يرفع استخدام الآنود -المصنوع من المعادن القاعدية؛ كالليثيوم أو البوتاسيوم أو الصوديوم- من الكثافة الكهربية للكاثود مما يؤدي لزيادة عُمر البطارية، فقد صمدت البطاريات التي اُجريت عليها الأبحاث لأكثر من 1200 دورة شحن وتفريغ عند مقاومة كهربية منخفضة.
علاوة على ذلك، تستطيع البطاريات ذات الإلكتروليت الزجاجي العمل بتوصيلية كهربائية عالية عند درجات حرارة تصل إلى -20 درجة مئوية، مما سيُمكن بطاريات السيارات في المناطق مُنخفضة الحرارة من العمل بكفاءة.
وبذلك تكون أولى البطاريات ذات الحالة الصلبة التي تعمل تحت درجة حرارة أقل من 60 درجة مئوية.
شَرعت بارجا بتطوير إلكتروليتات الزجاج الصلب بالتعاون مع رفاقها حين كانت بجامعة بورتو بالبرتغال.
منذ ما يقرب من عامين، بدأت بارجا بالعمل مع جود أنف والباحث (آندرو ج. مورشيسون- (Andrew J. Murchisonبجامعة تكساس بأوستن.
تقول بارجا، إن جود إنف استطاع التوفيق بين تركيب وخصائص إلكتروليتات الزجاج الصلب، فنتج عن ذلك الجيل الجديد من الإلكتروليتات الذي حاز براءة الاختراع من مكتب التسويق التكنولوجي بجامعة تكساس.
تُمكن الإكتروليتات الزجاجية المهندسين من طِلاء وتقشير المعادن القاعدية لكلًا من الكاثود والآنود بدون حدوث (تشظي-Dendrites) للمعدن مما يسهل عملية التصنيع.
يمكن أيضًا صناعة البطارية من مواد صديقة للبيئة. تقول بارجا: «يُمَكّننا الإلكتروليت الزجاجي من استخدام بدائل مُنخفضة التكلفة، كالليثيوم والصوديوم الذي يُستخرج بسهولة من ماء البحر».
يَعمل جود إنف بالتعاون مع بارجا حاليًا على تطوير الأبحاث ذات الصلة بالبطاريات، بالإضافة إلى العديد من براءات الاختراع، ويأملا أن يتعاونا في المستقبل القريب مع مُصنِّعي البطاريات لتطوير واختبار البطاريات الجديدة في المركبات الكهربائية وأجهزة الشحن.
ترجمة: أحمد صلاح
تدقيق: الاء أبو شحوت
