اختراق علميّ جديد لإطالة العمر الافتراضيّ لبطاريات الليثيوم
البطاريات مزدوجة الأيون تقدم حلولًا واعدةً لوسائل النقل الكهربائية
اختراق علميّ جديد لإطالة العمر الافتراضيّ لبطاريات الليثيوم
في عالم السيارات الكهربائية التي تعتمد على البطاريات بدلًا من الوقود الأحفوريّ، يُعتبر العمر الافتراضيّ للبطارية أمرًا حاسمًا في تحديد جودة المنتج. ونقصد بالعمر الافتراضيّ هنا عددَ دورات الشحن الذي يمكن أنْ تَمُرَّ به البطارية قبل أنْ ينخفضَ أداؤها بشكل واضح، ولعل بطاريات أيون الليثيوم شكلت الحل السحريّ لصناعة السيارات ووسائل النقل الكهربائية في العقدين الماضيين.
وعلى الرغم من المميزات الكبيرة لبطاريات أيون الليثيوم، فإنَّ الحدودَ التقنيةَ لهذه البطاريات -في ما يخص سعة التخزين- وغيرها من التحديات حولت التركيز مؤخرًا إلى إيجاد بدائل أكثر اعتماديةً من بطاريات أيون الليثيوم المتعارف عليها، أو على الأقل تطوير هذه البطاريات لتخطي حدودها التقنية الحالية. ومن أبرز الخيارات المطروحة في الساحة العلمية حاليًّا هو البطاريات مزدوجة الأيون (DIBs).
ما البطاريات مزدوجة الأيون؟
تستخدم البطاريات مزدوجة الأيون كلًّا مِن أيونات الليثيوم الموجبة (كاتيونات)، وكذا الأيونات السالبة (الأنيونات) في وقت واحد، وهو ما يوفر كثافة طاقة عالية تشبه البطاريات التقليدية؛ مما يسمح بتخزين كمية كبيرة من الطاقة، إلا إنَّ هذا النوع الجديد من البطاريات يواجه عائقًا صعبًا يتمثل في الأنيونات الأكبر حجمًا، التي تتسبب في تمدد وانكماش قطب الجرافيت في أثناء عمليات الشحن والتفريغ؛ مما قد يؤثر في متانة البطارية.
وفي اختراق علميّ جديد، قام فريق بحثي كوري جنوبي من الكيميائيين والمهندسين الكيميائيين بمعالجة مشكلات متانة البطاريات مزدوجة الأيون، من خلال طريقة مبتكرة تستخدم مادة ربط بوليمارية جديدة (Polymer binder)، وهي مادة تستخدم لتحسين الترابط بين الجسيمات والمادة المستخدمة في طلاء القطب الكهربيّ.
تؤدي مادة الربط البوليمارية هذه دورًا حاسمًا في الحفاظ على المواد الكيميائية المختلفة داخل البطاريات القابلة لإعادة الشحن. وفي الدراسة محل المقال، قدَّم فريقُ البحثِ رابطًا بوليمريًّا جديدًا يشتمل على مجموعات كيميائية من الأزيد (N3–)، ومجموعات الأكريليت (C3H3O2).
خصائص فريدة لمادة الربط الجديدة
تتميز مجموعات “الأزيد” بتشكيلها رابطة تساهمية قوية مع الجرافيت، وهذا من خلال تفاعل كيميائيّ مُسَرَّع باستخدام الأشعة فوق البنفسجية؛ مما يضمن سلامةَ هيكل الجرافيت في أثناء تمدده وانكماشه. وتسهل مجموعات الأكريليت -في الوقت نفسه- عمليةَ إعادةِ الترابطِ بين الجرافيت والمادة البوليمارية الرابطة.
وقد أظهرتِ النتائجُ التجريبيةُ أنَّ البطاريات مزدوجة الأيون المجهزة بالمواد الرابطة المطورة حديثًا، قد حافظتْ على أداء استثنائيّ، حتى بعد إتمام أكثر من 3500 دورة شحن، كما أظهرت هذه البطاريات قدرات شحن سريعة، حيث تمكنت من استعادة حوالي 88% من سعتها الأصلية في خلال دقيقتين فقط.
وأوضح البروفيسور المشارِك في البحث “سوجين بارك” أنَّ البطاريات مزدوجة الأيون ليست فعَّالةً من حيث التكلفة فحسب، وإنما ستعتمد على موارد الجرافيت الوفيرة في الأرض، ولعل هذا البحث الجديد سيحفز المزيد من البحث والتطوير في تقنية البطاريات مزدوجة الأيون.
