المصدر: موقع الطاقة
توفر بطاريات الليثيوم أيون الطاقة لحياة الملايين من الأشخاص يوميًا، بدءًا من تشغيل أجهزة الحواسيب المحمولة والهواتف المحمولة إلى السيارات الكهربائية والهجينة، وتتنامى شعبية تلك التقنية المتطورة باستمرار، لوزنها الخفيف وكثافة الطاقة العالية وقدرتها المعززة على إعادة الشحن.
ويُعدّ الليثيوم أيون أكثر أنوع البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا المستعملة في الوقت الحالي، وتتألف تلك البطاريات من خلايا ليثيوم أيون مفردة أو متعددة، إضافة إلى لوحة دوائر واقية، ويشار إليها بـ”البطاريات” ما إن تُركَّب الخلية أو الخلايا داخل جهاز مزود بلوحة الدائرة الواقية، وفق معلومات رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.
وتتمتع بطاريات الليثيوم أيون -كذلك- بنسبة طاقة إلى وزن مرتفعة، وكفاءة عالية في استعمال الطاقة، وأداء جيد في درجات الحرارة العالية، وعمر وظيفي طويل، وانخفاض التفريغ الذاتي، إضافة إلى إمكان إعادة تدوير معظم مكونات تلك البطاريات، غير أن تكلفة استعادة المواد الداخلة في تصنيعها تظل تحديًا لتلك الصناعة الحيوية.
إنجاز علمي جديد
في إنجاز بحثي جديد قد يعيد تعريف مفهوم صناعة السيارات الكهربائية، حقق الفريق العلمي في جامعة تشونغ أنغ الكورية الجنوبية الخاصة طفرة كبيرة في قطاع بطاريات الليثيوم أيون، ضمن إطار مساعيهم الرامية إلى تبديد مخاوف السلامة ذات الصلة مع تعزيز قدرات الشحن السريع بالنسبة للسيارات منخفضة الكربون، وفق دراسة حديثة نشرها الموقع الرسمي للجامعة في فبراير/شباط (2024).
ويكمن التحدي الأكبر الذي يعترض تقنية بطاريات الليثيوم أيون في تحقيق الشحن السريع دون التأثير السلبي في كثافة الطاقة، وهو عامل حاسم في استعمال السيارات الكهربائية على نطاق واسع.
وتعامل الباحثون، بقيادة المؤلف المشارك في الدراسة البروفيسور جانغيوك مون، مع هذا التحدي عبر الاستكشاف العميق لتأثيرات الإلكتروليتات عالية التركيز على حركية واجهة البطارية واستقرارها.
وفي هذا الخصوص قال مون: “تهدف دراستنا -أساسًا- إلى تعزيز النطاق وخفض أوقات شحن السيارات الكهربائية عبر تطوير تقنيات البطاريات المتطورة، وتحديدًا الاستفادة من المركب الكيميائي سداسي فلوروفوسفات الليثيوم (LiPF6) والكربونات الخطية المستعملة بكثرة في البطاريات التجارية”.
وأضاف مونك: “ومن خلال تحسين حركة البطاريات واستقرارها في ظل ظروف الشحن السريع، نأمل بإحداث تأثير ملموس في صناعة السيارات الكهربائية وفي حياة الناس اليومية -بنهاية الأمر”، في تصريحات تابعتها منصة الطاقة المتخصصة.
فكرة التقنية
تدور الإستراتيجية المبتكرة التي تبنّاها الباحثون حول التحكم في تأثيرات الاستقطاب، والتي تشتهر بتسبّبها في معضلات عدّة، بما في ذلك انتفاخ الخلايا بسبب طلاء الليثيوم خلال الشحن السريع.
وعبر تجربة الإلكتروليتات “الشوارد” الكهربائية مثل كربونات ثنائي الميثيل، وكربونات إيثيل ميثيل، وكربونات ثنائي الإيثيل، كان الباحثون يستهدفون تسهيل الإدراج السريع لأيونات الليثيوم في أنود الغرافيت.
وأظهرت الاختبارات المعملية نتائج مبشرة للغاية؛ إذ تحتفظ خلايا بطاريات الليثيوم أيون التي تتميز بتصميم مرن ومسطح على شكل حقيبة، بسعة أكبر بواقع 3 أضعاف خلال مئتي دورة؛ ما يشير إلى إمكانات شحن سريعة محسّنة وخفض المخاطر المقترنة بتضخم الخلايا الناجم عن طلاء الليثيوم.
الديناميكيات الجزيئية
استعملت الدراسة محاكاة الديناميكيات الجزيئية لفهم التغيرات البيئية الدقيقة داخل نظام البطارية؛ ما يعزز من تحسين فهم الباحثين للكيفية التي تؤثّر من خلالها الإلكتروليتات الكهربائية بأداء البطارية.
والديناميكات الجزيئية هي طريقة محاكاة حاسوبية لتحليل الحركات الفيزيائية للذرات والجزيئات، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
وقال البروفيسور جانغيوك مون: “من خلال تعزيز أداء البطارية من حيث الشحن الأسرع والمدى الأوسع، تسهم هذه الدراسة مباشرةً في تعزيز جاذبية السيارات الكهربائية، وجعلها أكثر عملية بالنسبة لمستعمِلي السيارات الكهربائية على نطاق أوسع”.
وتابع مون: “إذا ما قاد هذا إلى تعزيز راحة الناس، فمن الممكن أن يزيد نطاق استعمال تلك المركبات منخفضة الكربون، وعلى المدى الطويل، يمكن أن تؤدي تلك التحسينات التقنية دورًا حاسمًا في تقليص الانبعاثات الكربونية وخفض آثار التغيرات المناخية؛ ما يترك تأثيرًا عميقًا في حياة الناس وصحة كوكبنا بوجه عام”.
ويأمل فريق البحث بجامعة تشونغ أنغ أن تمثّل تلك النتائج الواعدة نقطة فارقة في استكشاف بطاريات ليثيوم أيون أكثر أمانًا وأسرع شحنًا؛ ما يبشّر بعصر جديد من الابتكار في صناعة السيارات الكهربائية، والتغلب على بعض التحديات التي ما تزال تحول دون ازدهارها على النحو المتوقع.
