تمكن فريق من الباحثين في معهد بول شيرر (PSI) السويسري من تطوير تقنية جديدة لتحسين الأداء الكهروكيميائي لبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في السيارات الكهربائية،من خلال إضافة طبقة حماية رقيقة وموحدة تثبّت سطح المهبط مما يعزز من كفاءة البطارية ويطيل من عمرها الافتراضي.
طبقة حماية جديدة
تعمل بطاريات الليثيوم أيون عن طريق حركة أيونات الليثيوم بين المصعد والمهبط. ولزيادة كثافة الطاقة، يجب تشغيل البطاريات عند جهود أعلى. ومع ذلك، فإن هذه الجهود المرتفعة قد تؤدي إلى تدهور المهبط وتقليل عمر البطارية.
وأوضح ماريو الكزي من معهد بول شيرر: “عند زيادة الجهد، ترتفع كثافة الطاقة”.
وأضاف أن البطاريات التجارية الحالية محدودة بجهد تشغيل أقصى يبلغ 4.3 فولط بسبب تدهور واجهة المهبط والكهروليت.
نهج جديد لتحقيق الاستقرار
قام الفريق بتطوير طبقة حماية رقيقة وموحدة تثبّت سطح المهبط. تستخدم هذه الطبقة مادة ثلاثي فلوروميثان (CHF3)، وهو منتج فرعي لصناعة البلاستيك. عند درجة حرارة 572 فهرنهايت (300°C)، تتفاعل هذه المادة مع طبقة كربونات الليثيوم على الكاثود لتتحول إلى فلوريد الليثيوم (LiF).
اختبارات الأداء
أظهرت الاختبارات الكهروكيميائية أن هذه الطبقة الجديدة تزيد من استقرار المهبط، مما يسمح بتشغيل البطاريات بجهد يصل إلى 4.8 فولط مع حماية فعالة لمواد المهبط. بالإضافة إلى ذلك، تفوقت البطاريات المطلية على البطاريات غير المطلية في جميع المقاييس الرئيسية. على سبيل المثال، انخفضت المقاومة عند واجهة المهبط بنسبة 30٪ بعد 100 دورة شحن في البطاريات المطلية مقارنة بالبطاريات غير المطلية.
قدرة تخزينية عالية
قاس الباحثون أيضًا قدرة البطارية على الاحتفاظ بسعتها Capacity Retention وهو مقياس رئيسي يُظهر قدرة البطارية على الاحتفاظ بسعتها التخزينية خلال العديد من دورات الشحن والتفريغ. احتفظت البطاريات المطلية بأكثر من 94٪ من سعتها الأولية بعد 100 دورة، مقارنة بـ 80٪ فقط للبطاريات غير المطلية.
وقال ماريو الكزي: “يمكننا افتراض أن طبقة الحماية من فلوريد الليثيوم التي طورناها تعتبر شاملة ويمكن استخدامها مع معظم مواد المهبط، مثل البطاريات الغنية بالنيكل والليثيوم عالية الجهد”.
حل بيئي مستدام
إضافة إلى تحسين أداء البطاريات، يقدم هذا النهج الجديد حلاً بيئيًا مستدامًا من خلال الاستفادة من ثلاثي فلوروميثان (CHF3)، وهو غاز دفيئة قوي، في إنتاج طبقة الحماية بدلاً من إطلاقه في البيئة.
وسيساهم هذا الابتكار في تقليل التأثير البيئي وتعزيز الاقتصاد الدائري، مما يجعل استخدام بطاريات الليثيوم أيون أكثر استدامة وكفاءة في السيارات الكهربائية.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: PSI Paul Scherrer Institute
