أحد الأسباب الرئيسية لعدم الإقبال على السيارات ذات البطارية الكهربائية battery-powered electric vehicles، هو الخوف من نفاد بطارية السيارة الكهربائية قبل وصول صاحبها إلى وجهته، وهو ما يسمى قلق المدى range anxiety، ويزيد البطء الشديد لعملية الشحن (التي تمتد لساعة أو أكثر أحيانًا) الأمور سوءًا. طور علماء جامعة ولاية بنسلفانيا الأمريكية Penn State University، نوعًا جديدًا من تقنية البطاريات، للتغلب على التحديات الراهنة؛ إذ توفر لنا بطارية سيارة كهربائية تستغرق بضع دقائق فقط لتُشحن بالكامل، ما قد يمثل حلًا لهذه المشكلة.
صرح المهندس الكيميائي تشاو يانغ وانغ Chao-Yang Wang: «لقد أثبتنا أنه من الممكن شحن سيارة كهربائية في غضون 10 دقائق فقط، لتعطي مدى يتراوح ما بين 200 و300 ميل، مع الحفاظ على عمر للبطارية يصل إلى 2500 دورة شحن؛ أي ما يعادل مسافة نصف مليون ميل».
إن بطاريات السيارات الكهربائية -تمامًا مثل بطارية هاتفك الذكي أو حاسوبك المحمول- هي بطارية أيونات ليثيوم lithium-ion battery، يتحمل هذا النوع من البطاريات عددًا محدودًا من دورات الشحن والتفريغ، قبل أن تتدهور البطارية وتصبح غير صالحة للاستخدام.
من العوامل التي تعجل من تدهور بطارية الليثيوم الحرارة المرتفعة؛ لهذا تنصح الشركات دائمًا بالحفاظ على أجهزتك الإلكترونية من التعرض لحرارة عالية؛ لأن هذا يقصر من عمر البطارية.
تُعد هذه الحقيقة المؤسفة عقبةً في طريق تحقيق أحد أهداف قسم الطاقة الأمريكي US Department of Energy، وهو معيار الشحن شديد السرعة Extreme Fast Charging (XFC). يسعى القسم عن طريق هذا المعيار إلى توفير بطارية سيارة كهربائية يمكن شحنها بالكامل لتعطى مدى 200 ميل، في أقل من 10 دقائق.
وفقًا لفريق جامعة بنسلفانيا، يمكن لتصميمهم الجديد للبطارية تحقيق هذا الهدف التقني الطموح، إذا تم تنفيذه على نطاق أكبر بفضل حيلة يمكن من خلالها تفادي أحد أكبر تحديات الوصول إلى الشحن شديد السرعة، وهو تصفح الليثيوم Li plating.
تشرح الورقة البحثية الأخيرة أن تصفح الليثيوم هو أحد العقبات الحرجة التي تواجه بطاريات الليثيوم، ويحدث غالبًا عند معدلات الشحن المرتفعة، ويؤدي إلى قصر عمر البطارية وتدهور حالتها بشدة. يحدث تصفح الليثيوم عندما تتجمع رواسب لليثيوم حول آنود anode البطارية أثناء الشحن.
إن ارتفاع درجة الحرارة مضر ببطاريات الليثيوم، إلا أن رفع درجة الحرارة لفترات قصيرة يؤدي إلى الحد من حدوث تصفح الليثيوم، وهو ما توصل له فريق الباحثين في الدراسة الأخيرة.
يقول وانغ: «في الماضي، كان الاعتقاد السائد أنه يجب تفادي تعرض بطاريات الليثيوم لدرجات الحرارة المرتفعة؛ لأنها تؤدي إلى تسارع التفاعلات الجانبية، لكن دراستنا الأخيرة تشير إلى أن تعرض الليثيوم لدرجات حرارة مرتفعة على فترات محدودة له آثار إيجابية، تفوق بشكل كبير الآثار السلبية المرتبطة بتفاقم التفاعلات الجانبية».
وجد الباحثون أن تسخين البطاريات مؤقتًا عند درجة 60 مئوية لمدة شحن تقارب 10 دقائق، يمكن أن يحقق معيار الشحن شديد السرعة، ويحافظ على حوالي 1700 دورة شحن للبطارية.
في المقابل، تدهورت البطاريات التي شُحنت دون تسخين بعد 60 دورة فقط. قد يبدو تسخين البطارية أمرًا غير تقليدي (وبالتأكيد يجب ألا تجربه بنفسك)، إلا أنه حقق النتائج المطلوبة وفقًا للدراسة المعلنة.
يقول وانغ: «إن رفع درجة حرارة البطارية إلى أكثر من 60 درجة مئوية محظور تمامًا، إنها درجة حرارة مرتفعة جدًا، وتؤدي إلى قصر عمر البطارية، لأنها تؤثر على سلامة المواد الداخلة في تركيبها».
خلال تجارب الفريق الخاضعة للمراقبة، نجحت تجربة التسخين في منع حدوث تصفح الليثيوم، وكانت عملية التسخين محددة زمنيًا لتفادي تكون مواد ضارة في البطارية، وهي ما تسمى الطبقة البينية الكهربائية الصلبة Solid-Electrolyte-Interphase (SEI).
لكن الفريق لم يُتِم تجاربه بعد، فبعد أن تمكنوا من تحقيق معيار الشحن شديد السرعة بفاعلية (على الأقل فيما يتعلق بالبطارية) سيسعون في المرحلة المقبلة إلى دراسة أنواع المواد التي يمكن عن طريق استخدامها الوصول إلى شحن بطارية سيارة كهربائية بالكامل خلال 5 دقائق فقط.
اقرأ أيضًا:
بطارية أيونات الليثيوم أكفأ 3 مرات من المستخدمة حاليًا
مخترع بطاريات الليثيوم – ايون يطور تقنية جديدة لبطاريات سريعة الشحن غير قابلة للاشتعال
ترجمة: أمين البكدوري
تدقيق: أكرم محيي الدين
