بطاريات ليثيوم جديدة تمنع انفجار السيارات الكهربائية
توصَّل فريق من الباحثين إلى بطاريات ليثيوم جديدة، من شأنها أن تجعل السيارات الكهربائية أكثر أمانًا وأطول مدى، للتغلب على المشكلات التي تعوق انتشار هذه السيارات الصديقة للبيئة.
وحقّق العلماء الكوريون في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) تقدمًا ملحوظًا في فهم وحل أحد التحديات الرئيسة التي تواجه بطاريات الجيل القادم.
ووفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، ركّز الفريق على مادة كاثودية جديدة تُسمى شبه الليثيوم، قد تُمكّن السيارات الكهربائية من قطع مسافة تصل إلى 1000 كيلومتر بشحنة واحدة.
إلّا أن هذا الإنجاز لا يقتصر على سعة الطاقة فحسب، بل يشمل أيضًا السلامة؛ إذ حدد الفريق السبب الجذري لانبعاث غاز الأكسجين الخطير خلال الشحن عالي الجهد، واقترح حلًا لمنع انفجار بطاريات السيارات الكهربائية، وجعل هذه البطاريات القوية آمنة ومستقرة.
بطاريات السيارات الكهربائية
تُعدّ مواد شبه الليثيوم واعدة لصناعة بطاريات السيارات الكهربائية، إذ يُمكنها نظريًا تخزين كهرباء تزيد بنسبة 30% إلى 70% على تقنيات البطاريات الحالية، وذلك من خلال دعم الشحن عالي الجهد الذي يتجاوز 4.5 فولت.
مع ذلك، فإن هذه الميزة تنطوي على مخاطر كبيرة، بحسب ما أكدته منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).
فخلال الشحن بهذه الفولتية العالية، يُمكن لجزيئات الأكسجين المحاصرة داخل مادة البطارية أن تتأكسد وتنطلق على شكل غاز؛ إذ يؤدي تراكم الغاز إلى تدهور بنية البطارية، ويشكّل خطر انفجار كبيرًا.
ووجد فريق معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا، بقيادة البروفيسور هيون ووك لي من كلية الطاقة والهندسة الكيميائية، أن أكسدة الأكسجين هذه تحدث عند نحو 4.25 فولت.
وعند هذه النقطة، يحدث تلف جزئي في الهيكل، وينطلق غاز الأكسجين، وقد سمح فهم هذه الآلية للباحثين بتجاوز معالجة الأعراض والبدء في معالجة السبب الجذري.
يقول البروفيسور لي: “من خلال تجارب متنوعة وتحليلات نظرية، طوّرنا مجموعة من التقنيات التي تُرشد باحثي مواد الكاثود في جهودهم لتطويرها.. سيُسهم هذا العمل في تطوير بطاريات طويلة المدى خالية من الانفجارات ذات كثافة طاقة أعلى”.
وقد حظي هذا البحث الرائد بدعم من المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا (NRF)، ونُشر في مجلة ساينس أدفانسيز (Science Advances)، وهي مجلة تابعة للجمعية الأميركية لتقدّم العلوم (AAAS).
بطاريات ليثيوم أكثر أمانًا وكثافة
اقترح فريق البحث نهجًا مبتكرًا لتطوير بطاريات ليثيوم آمنة؛ إذ عمل على استبدال عناصر ذات سالبية كهربية أقل ببعض المعادن الانتقالية في شبه الليثيوم.
ويؤثّر هذا الاستبدال في تدفُّق الإلكترونات داخل المادة؛ وتميل الإلكترونات إلى التجمع حول العناصر الأكثر سالبية كهربية، نظرًا لاختلاف السالبية الكهربية
نتيجةً لذلك، تحتوي المعادن الانتقالية على عدد أكبر من الإلكترونات المتاحة، ما يمنع الأكسجين من فقدان الإلكترونات والتأكسد.
يقول المؤلف الرئيس، مين هو كيم، الحاصل على درجة الدكتوراه، والباحث في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا: “بينما ركزت الدراسات السابقة على تثبيت الأكسجين المؤكسد لمنع انبعاث غازه، يتميز بحثنا بمعالجته لمنع أكسدة الأكسجين نفسها”.
ووفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، استعمل الباحثون تحليلًا متقدمًا للأشعة السينية باستعمال مُسرِّع لاختبار نظريتهم.
وأكدت تجاربهم أن استبدال النيكل بجزء من الروثينيوم الثمين قلَّل بشكل كبير من كمية غاز الأكسجين المنبعثة.
ومن الناحية النظرية، ساعدت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) في التحقق من كيفية حدوث إعادة توزيع الإلكترونات داخل المادة.
ومن المثير للاهتمام أن هذا التغيير في كثافة الإلكترونات لا يجعل البطارية أكثر أمانًا فحسب، بل يسمح أيضًا بجهد شحن أعلى.
وبما أن كثافة الطاقة تعتمد على عدد الإلكترونات المتاحة والجهد، فإن هذه الإستراتيجية يمكن أن تزيد بشكل كبير من سعة تخزين طاقة البطارية.
موضوعات متعلقة..
- بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للحريق.. ابتكار جديد لمنع حوادث السيارات الكهربائية
- بطاريات ليثيوم عمرها التشغيلي أطول 750%
- الكشف عن بطاريات ليثيوم أكثر أمانًا للسيارات الكهربائية
اقرأ أيضًا..
- دولة عربية تستعين بالروبوتات لاكتشاف أعطال أنابيب النفط
- أمين عام المنظمة العربية للطاقة: صناعة الغاز المسال تترقب تغيرًا مهمًا.. وطفرة تحققها قطر
- شركة فرنسية: اكتشفنا مواقع الهيدروجين الطبيعي.. وهذا موقفنا من الدول العربية (حوار)
- أهداف الحياد الكربوني في بريطانيا تتلقّى صدمة.. شركة طاقة تواجه الإفلاس
المصادر:
- دراسة حول ابتكار بطاريات ليثيوم جديدة من مجلة “ساينس أدفانسيز”
- معلومات إضافية عن بطاريات السيارات الكهربائية من منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ”
إقرأ: بطاريات ليثيوم جديدة تمنع انفجار السيارات الكهربائية على منصة الطاقة