أصبح تطوير بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للحريق ضرورة ملحّة بشكل مستمر، لتحسين أداء السيارات الكهربائية بصفة خاصة، في محاولة لتلبية الطلب المتزايد في السوق.
ويواجه تطوير بطاريات الليثيوم أيون عدّة تحديات، من بينها السلامة والموثوقية العالية، فضلًا عن كثافة الطاقة العالية، وقابلية إعادة التدوير، والتوافق البيئي.
ووفق تحديثات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، ابتكر فريق بحثي ياباني بطاريات ليثيوم أيون شبه صلبة غير قابلة للاشتعال، متغلبًا على عيوب البطاريات التقليدية.
ويجمع الابتكار، الذي طوّره علماء من جامعة دوشيشا وشركة تي دي كيه كوربوريشن (TDK Corporation)، بين الإلكتروليتات السائلة والصلبة لتعزيز السلامة والمتانة.
ابتكار بطاريات ليثيوم أيون
يقدّم ابتكار بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للحريق حلًا متوازنًا، إذ عادةً ما تؤدي زيادة كثافة الطاقة للمواد النشطة للأقطاب الموجبة والسالبة إلى تقليل أداء الدورة والسلامة.
ووفقًا للفريق البحثي، يقدّم التصميم حلًا أكثر أمانًا ومتانة مقارنةً بالبطاريات الصلبة بالكامل، مع الحفاظ على كثافة طاقة عالية.
وقال الفريق في ملخص الدراسة: "أظهرت السلامة المحسّنة وأداء الشحن والتفريغ جدوى البطاريات شبه الصلبة بوصفها تقنية في المستقبل القريب".
وأضاف: "عمومًا، تتمتع بطارية الليثيوم أيون التي طُوِّرَت حديثًا بإمكان تعزيز تطوير السيارات الكهربائية والأجهزة اللاسلكية من الجيل التالي الأكثر كفاءة وأمانًا، مثل الطائرات دون طيار".
كما قال: "إضافةً إلى أن تطبيقها على نطاق واسع سيسهم في تحسين راحة المستعمِل، فإنها ستعزّز النمو الاقتصادي المستدام أيضًا"، حسب الدراسة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
عيوب بطاريات الليثيوم أيون
يظل تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون، وموثوقيتها، وكثافة الطاقة، وقابليتها لإعادة التدوير، والتوافق البيئي، أمرًا بالغ الأهمية.
وبينما تُمكّن الإلكتروليتات العضوية من الجهد العالي في بطاريات الليثيوم أيون، فإنها تتطلب تدابير أمان قوية.
وتقدّم الإلكتروليتات الصلبة بديلًا أكثر أمانًا؛ ما يدفع الاهتمام بالبطاريات الصلبة بالكامل، وفق ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
ومع ذلك، تواجه هذه البطاريات تحديات في الحفاظ على الواجهات الصلبة بسبب تمدُّد الأقطاب الكهربائية وانكماشها خلال دورات الشحن والتفريغ.
وتتطلب معالجة هذه المشكلة مواد "الوصلات البينية" التي توفر المرونة وعدم الاشتعال والتوصيل الأيوني العالي، وتشمل الحلول الواعدة إلكتروليتات البوليمر المرنة والمذيبات العضوية غير القابلة للاشتعال.
وعلى الرغم من التقدم، ما تزال التحديات قائمة، بما في ذلك نقل أيونات الليثيوم البطيء، وتعطُّل الواجهة بسبب عمليات التفاعل.
مزايا بطاريات الليثيوم أيون الجديدة
لمعالجة هذه المشكلات، طوّر الباحثون في اليابان بطاريات ليثيوم أيون شبه صلبة غير قابلة للاشتعال، توفّر استقرارًا وسلامة وأداءً محسَّنَين، مع التغلب على قيود التصميمات التقليدية.
ويتكون تصميم الفريق من قطب سلبي من السيليكون وقطب موجب من النيكل والكوبالت والمغنيسيوم -وكلاهما يُعدّان من مواد الجيل التالي لبطاريات الليثيوم أيون- مُدرَجين في تصميم البطارية الجديدة.
وابتكر الباحثون محاليل إلكتروليتية مشبّعة تقريبًا وغير قابلة للاشتعال خصوصًا لكل قطب كهربائي لتحسين التوافق والأداء.
ووفقًا للباحثين، أظهرت الخلايا شبه الصلبة الناتجة من فئة 30 مللي أمبير في الساعة أداءً كهروكيميائيًا واستقرارًا حراريًا وموصلية أيونية متميزة.
ثم استعمل الباحثون بعد ذلك قياس السعرات الحرارية المتسارعة، وتجارب الشحن والتفريغ، لتقييم الاستقرار الحراري والأداء الكهروكيميائي لبطارية الليثيوم أيون شبه الصلبة، وفق الدراسة التي نشرتها مجلة "إنرجي ستوريدج" (Journal of Energy Storage).
ولاحظ الباحثون أن سعة الشحن والتفريغ العالية للبطارية، والأداء القوي للدورة، والتغيير الطفيف في المقاومة الداخلية، كانت جديرة بالملاحظة.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر:
- تطوير بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للحريق من مجلة "إنرجي ستوريدج".
- معلومات إضافية عن ابتكار البطاريات الجديد من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".
