- حقق الباحثون طفرة في بطاريات الليثيوم أيون الخالية من الأنود
- يمكن للإلكتروليت الهلامي الجديد أن يحل واحدة من أكبر مشاكل التكنولوجيا
- يمكن أن يؤدي هذا إلى تحسين طول العمر والسلامة لخلايا الليثيوم أيون EV
يدعي الباحثون في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة كولومبيا أنهم طوروا إلكتروليتًا هلاميًا جديدًا سيساعد في تثبيت بطاريات الليثيوم أيون الخالية من الأنود. ومن المفترض أن يؤدي ذلك إلى تحسين سلامة وطول عمر تقنية البطاريات الناشئة هذه، مع توفير التكلفة للمصنعين.
لقد تم استكشاف بطاريات الليثيوم أيون الخالية من الأنود لعدد من السنوات، حيث استخدم فريق بحث كوري جنوبي بنية بطارية ليثيوم معدنية خالية من الأنود في العام الماضي لمضاعفة الكثافة الحجمية للبطارية، دون زيادة حجمها.
يؤدي التخلص من الأنود إلى تحرير مساحة داخلية أكبر، مما يسمح بتعبئة كمية متزايدة من المواد النشطة في نفس الحجم. وهذا يشبه القدرة على ضغط المزيد من الوقود في خزان الوقود بنفس الحجم، وفقًا لما ذكرته شركة إنترتينج إنجينيرينج.
وكانت القضايا الرئيسية التي تواجه هذه التكنولوجيا هي السلامة وطول عمر البطارية، حيث عانت بطاريات الليثيوم المعدنية الخالية من الأنود من ترسب الليثيوم بشكل غير متساو أثناء جلسات الشحن.
وهذا يعني أن الليثيوم يمكن أن يشكل هياكل حادة تشبه الإبرة (يُطلق عليها اسم التشعبات)، والتي يمكن أن تخترق المكونات الداخلية وتسبب دوائر قصيرة خطيرة وأحداثًا حرارية جامحة.
ولكن وفقا لـ “هندسة مثيرة للاهتمام”، التي تستشهد بنتائج الأبحاث التي نشرت لأول مرة في مجلة “جول”، فقد وجد الباحثون في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة كولومبيا حلا لهذه المشكلة في هلام بالكهرباء.
للحصول على تقنية عالية للحظة، استخدم الفريق “شبكة بوليمر طفيلية كارهة للملح في تصميم المنحل بالكهرباء”، والتي “تطرد أيونات الليثيوم بشكل انتقائي بينما تجتذب جزيئات المذيبات”.
وبكل بساطة نسبيًا، ينقسم الإلكتروليت الهلامي على المستوى النانوي إلى تركيبات مختلفة. وهذا يسمح بتكوين طبقة واقية على سطح الليثيوم تمنع تكون التشعبات الضارة.
خلال التجارب المعملية، وجد الباحثون أن هلام الإلكتروليت يحتفظ بأكثر من 80% من سعته في ظل ظروف شبه حقيقية، مع تحسين الاستقرار الحراري للبطارية، مما يعني استهلاك طاقة أقل بواسطة السيارة الكهربائية سواء في تسخين أو تبريد العبوة للحصول على درجات حرارة التشغيل المثلى.
على ما يبدو، صمد المنحل بالكهرباء الهلامي أيضًا للحفر المكثف دون أي انفلات حراري. في المقابل، اشتعلت أو انفجرت البطاريات التي تحتوي على إلكتروليتات سائلة تقليدية أثناء الاختبار.
في التطبيقات الواقعية، يعتقد الباحثون أن هلام الإلكتروليت في بطارية ليثيوم أيون خالية من الأنود يمكن أن يؤدي إلى حزم مركبات كهربائية ذات كثافة طاقة أكبر وعمر أطول وتشغيل أكثر أمانًا – كل ذلك دون التكاليف التي ينطوي عليها تطوير تركيبات إلكتروليت جديدة تمامًا.
التحليل: هناك حياة متبقية في الليثيوم
يدور الكثير من الحديث حول مستقبل السيارات الكهربائية حول حزم البطاريات ذات الحالة الصلبة، والتي يشار إليها باسم “الكأس المقدسة” للعديد من مشكلات السيارات الكهربائية، مثل سرعات الشحن البطيئة، والمدى الضعيف، والحزم الثقيلة للغاية، وقضايا السلامة العالقة.
لكن هذه التكنولوجيا لا تزال في مهدها، وعلى الرغم من ادعاء بعض الشركات الصينية أنها تدفعها إلى الإنتاج، إلا أنها تظل اقتراحًا أكثر تكلفة بكثير من عروض أيونات الليثيوم الحالية.
يوضح أخيل كريشنان، نائب رئيس خط إنتاج فولفو EX60: “لا يزال هناك الكثير من الحياة المتبقية في تكنولوجيا أيونات الليثيوم”. ويضيف: “بالطبع أنا متحمس لمستقبل الحالة الصلبة، لكننا أحرزنا بالفعل تقدمًا كبيرًا في مجال أيون الليثيوم”.
من خلال العمل جنبًا إلى جنب مع شركة Breathe، وهي شركة برمجيات للبطاريات تستخدم عمليات المحاكاة والنماذج للمساعدة في تحقيق أقصى استفادة من بطاريات السيارات الكهربائية، أثبتت فولفو أن تقنية الليثيوم أيون تحقق نتائجها. تتميز فولفو EX60 القادمة بنطاق WLTP يزيد عن 500 ميل وسرعات شحن سريعة ثابتة في جميع الظروف.
يقول يان تشاو، المؤسس المشارك لشركة Breathe Battery Technologies، إن إقناع نسبة 25% التالية من مشتري السيارات بالتحول إلى السيارات الكهربائية سيكون من أصعب المهام حتى الآن. ويقول: “ستكون قرارات الشراء الخاصة بهم حساسة للغاية بالنسبة للسعر”.
وهذا هو المكان الذي يمكن أن تساعد فيه التحسينات في بطاريات الليثيوم أيون، لأنها تتيح نطاقًا أكبر وسرعات شحن أسرع دون تحميل تكاليف تقنيات البطاريات الناشئة على العملاء.
كما هو الحال مع محرك الاحتراق الداخلي، الذي لا يزال يشهد تحسينات في الأداء والكفاءة، حتى بعد أكثر من قرن من الزمان، فإن تكنولوجيا أيونات الليثيوم لن تتحسن إلا خلال السنوات الثلاث إلى الخمس المقبلة، وفقًا للخبراء.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدر مفضل للحصول على أخبار الخبراء والمراجعات والآراء في خلاصاتك. تأكد من النقر على زر المتابعة!
وبالطبع، يمكنك أيضًا متابعة TechRadar على يوتيوب و تيك توك للحصول على الأخبار والمراجعات وفتح الصناديق في شكل فيديو، والحصول على تحديثات منتظمة منا على واتساب أيضاً.
التعليقات