النماذج الأولية لبطاريات ليثيوم أيون الجديدة لها دورة حياة أطول من بطاريات الليثيوم-كبريت العادية.
يستمر التطوير في عالم البطاريات ودائمًا ما ترد إلى مسامعنا أخبار جديدة عنها. ويبدو أن التشويق العلمي في مجال البطاريات لا نهاية له؛ ابتداءً بتصميم بطاريات يمكنها أن تدوم مئة عام وليس انتهاءً بالبطاريات التي تعتمد على الماء التي تبلغ تكلفة إنتاجها نصف تكلفة بطاريات الليثيوم أيون.
يصمم الباحثون حاليًا في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو بطاريات ليثيوم أيون جديدة بسعة طاقة عالية وتعمل بكفاءة عالية في البرد الشديد والحرارة المرتفعة على حدٍ سواء، وذلك استنادًا إلى تصريح قدمه المعهد.
أداء البطاريات في درجات الحرارة المرتفعة جدًا:
يقول تشينغ تشين بروفيسور في هندسة النانو في كلية الهندسة، جامعة كاليفورنيا والمؤلف الأساسي في هذه الدراسة: «في المناطق التي تتجاوز فيها درجات الحرارة الحد المعقول وتصبح الطرق حارة جدًا، توجد حاجة شديدة لاستمرار العمل والتشغيل ضمن تلك الحرارة المرتفعة، عادةً ما توضع البطاريات في السيارات الكهربائية ضمن أرضية السيارة على مقربة من الطريق الذي يمثل مصدرًا حراريًا مرتفعًا».
وأضاف: «ترتفع حرارة البطاريات تلقائيًا مباشرةً عند التشغيل نتيجة مرور التيار الكهربائي وينخفض أداء البطاريات بسرعة عند عدم قدرتها على تحمل درجات الحرارة المرتفعة».
أجرى فريق تشين اختبارًا باستخدام بطاريات من النموذج الأولي ووجدوا أنها احتفظت بـ 87.5%-115.9% من سعة طاقتها عند الدرجات -على التوالي- 40 درجة سيليسيوس و 50 درجة سيليسيوس.
وأشار الباحثون إلى أن الكفاءة الكولومبية للنموذج الأولي عالية جدًا وتصل إلى 98.2%-98.7% ضمن درجات الحرارة المرتفعة وهذا يعني أنها يمكن أن تخضع للعديد من دورات الشحن والتفريغ قبل أن تتوقف تمامًا
ويجدر الإشارة إلى أن تطوير تلك البطاريات لم يكن السهل المنال.
يقول تشين: «إذا كنت ترغب في الحصول على بطارية تزودك بكثافة طاقة عالية عليك اللجوء إلى تراكيب كيميائية معقدة وقاسية».
وأضاف: «يتطلب الحصول على طاقة عالية في البطاريات الكثير من التفاعلات الكيميائية التي بدورها تتطلب استقرارًا أقل وارتفاعًا في الانحلال وهذا الأمر يجعل من عملية صنع بطارية عالية الطاقة ومستقرة في آنٍ معًا أمرًا شديد الصعوبة أما الأمر الذي يعتبر تحديًا حقيقيًا فهو الحصول على بطارية لها هذه المواصفات وتعطي أداءً فعالًا في الحرارة المرتفعة».
إلكتروليت ثنائي بوتيل الإيثير:
اخترع الفريق حلًا لتجاوز هذه العقبات وهو إلكتروليت ثنائي بوتيل الإيثير، وصمموا كاثودًا من الكبريت لتحقيق المزيد من الاستقرار بتطعيمه في البوليمر لمنع ذوبان كمية كبيرة من الكبريت في الإلكتروليت.
وانتهوا إلى الحصول على بطاريات ذات عمر أطول من بطاريات الليثيوم -كبريت العادية.
يقول تشين في هذا الصدد: «ساعد الإلكتروليت الذي صممناه على التحسين من أداء الكاثود والأنود معًا، بالتزامن مع توفير درجة عالية من الموصلية والاستقرار البيني».
الآن، سوف تتمكن المركبات من السفر لمسافات كبيرة في الطقس البارد عند شحن بطارياتها مرة واحدة فقط وهذا بفضل البطاريات الحديثة.
وأيضًا ستكون قادرةً على السفر في الطقس الحار مع عدم الحاجة إلى التبريد الشديد لحماية البطارية من درجات الحرارة المرتفعة.
لكن قبل كل هذا من الضروري أن يرفع الفريق من المستوى الكيميائي للبطارية، كما يجب تحسينها لتعمل في الظروف مرتفعة الحرارة وأيضًا رفع عمر الدورة في البطارية إلى عمر أكبر.
اقرأ أيضًا:
تطوير مادة مثالية لتخزين الطاقة للسيارات الكهربائية
الباحثون باتوا على وشك بناء أول بطارية كمية
ترجمة: رهف ابراهيم
تدقيق: أسعد الأسعد
