سولارابيك، الولايات المتحدة الأمريكية- 26 أبريل 2025: طور باحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا الأمريكية تقنية واعدة لإنتاج الكهرليتات الصلبة والتي تمهد الطريق نحو جيل جديد من البطاريات الأكثر أمانًا وكفاءة، وقد تحدث ثورة في الإلكترونيات الاستهلاكية والمركبات الكهربائية. يأتي هذا التطور في وقت تتزايد فيه المخاوف بشأن سلامة بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، التي تعتمد على كهرليتات سائلة غير مستقرة يمكن أن تؤدي إلى نشوب حرائق، ما يجعل البحث عن بدائل صلبة ضرورة ملحة.
الفروقات الجوهرية وتحديات الإنتاج
تستخدم بطاريات الحالة الصلبة كهرليتات صلبة لنقل الأيونات بين المصعد والمهبط، بدلاً من الكهرليتات السائلة المستخدمة في بطاريات الليثيوم-أيون الشائعة حاليًا، وفقًا لتوضيح هونغتاو صن، الأستاذ المساعد في الهندسة الصناعية والتصنيعية بالجامعة. تقدم هذه الكهرليتات الصلبة مزايا جوهرية تتمثل في زيادة الاستقرار والأمان مقارنة بنظيرتها السائلة. غير أن إنتاج هذه البطاريات واجه عقبات كبيرة، أبرزها الحاجة لدرجات حرارة بالغة الارتفاع عند تصنيع الكهرليتات الصلبة القائمة على السيراميك، الأمر الذي يعقد عملية الإنتاج، بالإضافة إلى تحديات ضمان الناقلية الأيونية الفعالة داخل المادة الصلبة.
“التلبيد البارد” يفتح الباب لمركب سيراميكي-بوليمري مبتكر
ابتكر فريق البحث حلاً لهذه التحديات عبر استخدام تقنية “التلبيد البارد”. تعتمد هذه التقنية على تطبيق الضغط واستخدام كمية ضئيلة من مذيب سائل لتشكيل مركب من السيراميك والبوليمر يُعرف بـ “LATP-PILG” عند درجات حرارة منخفضة جدًا مقارنة بالتلبيد التقليدي، مما يجعل العملية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. وأوضح صن أن درجات الحرارة العالية في التلبيد التقليدي كانت لتحرق المواد البوليمرية المضافة قبل أن يتكثف السيراميك بشكل صحيح، لذا كان التلبيد البارد ضروريًا. يعالج مركب LATP-PILG الجديد مشكلة إعاقة تدفق الأيونات بسبب الحبيبات متعددة البلورات في السيراميك التقليدي، وذلك عبر تعزيز النقل الأيوني خلال حدود بينية مصممة هندسيًا بدلاً من الواجهات الطبيعية المعيبة.
أداء مُحسَّن في درجة حرارة الغرفة وآفاق تتجاوز البطاريات
أظهرت النتائج كهرليتاً صلبًا يعمل بكفاءة ملحوظة في درجة حرارة الغرفة، مع ناقلية أيونية مُحسَّنة. يتميز هذا الكهرليت الصلب المركب بنطاق جهد كهربائي واسع جدًا تتراوح بين 0 و 5.5 فولط، وهي ميزة مهمة كما يؤكد صن، لأنها تدعم استخدام مهابط ذات جهد عالٍ، ما يسمح للبطارية بتخزين وتوليد كمية أكبر من الطاقة الكلية. يرى صن أيضًا إمكانات واسعة لتطبيق تقنية التلبيد البارد خارج نطاق البطاريات، لا سيما في صناعات مثل تصنيع أنصاف النواقل التي تحتاج لمواد سيراميكية مركبة، مع السعي نحو هدف أسمى يتمثل في تطوير نظام تصنيع مستدام وقابل للتوسع وإعادة التدوير لهذه المواد الواعدة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: psu
image source: psu
