سولارابيك – أمريكا – 18 ديسمبر 2025: نجح فريق بحثي مشترك من مختبر “أرجون” الوطني ومدرسة “بريتزكر” للهندسة بجامعة شيكاغو في حل لغز غامض طالما تسبب في تراجع سعة البطاريات وقصر عمرها الافتراضي، بل وفي بعض الحالات نشوب حرائق نتيجة التصدعات الداخلية.
تحديد ميكانيكية التراجع غير المكتشفة
كشفت الدراسة المنشورة أن الافتراضات العلمية السابقة المستندة على دراسة المهبط “متعددة البلورات” (PC-NMC) كانت تُطبق بشكل خاطئ على المواد “أحادية البلورة” (SC-NMC) الأكثر حداثة وشيوعاً في السيارات الكهربائية. وأوضح الباحثون أن الميكانيكية الأساسية لتراجع الجزيئات أحادية البلورة تختلف جذرياً عن نظيرتها المتعددة، مما يتطلب استراتيجيات تصميم وتراكيب كيميائية مغايرة تماماً.
أدت التحليلات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة على مستوى الجزيئات إلى إعادة تعريف دور العناصر الكيميائية في الحفاظ على استقرار البطارية، كالتالي:
- الكوبالت: على عكس دوره السلبي في البطاريات متعددة البلورات، وجد الباحثون أن الكوبالت يعد عنصراً حيوياً لتعزيز طول عمر البطاريات أحادية البلورة.
- المنجنيز: أثبتت الدراسة أن المنجنيز يؤدي بشكل غير متوقع إلى تفاقم التراجع الميكانيكي في المواد أحادية البلورة، مما يتحدى استراتيجيات التصميم التقليدية.
تحديات ومخاطر
أشار الباحث “جينغ وانغ” إلى أن الجسيمات الأولية للبطارية تعاني من تمدد أو انكماش في الحجم بنسبة تتراوح بين 5% إلى 10% أثناء عمليات الشحن والتفريغ. وعندما يتجاوز هذا التغير الحدود المرنة للمادة، فإنه يؤدي إلى تصدع الجسيمات، وهو ما يشبه تكوّن الحفر في الطرق نتيجة تكرار التجمد والذوبان.
وقد حذر الباحثون من أن اتساع هذه الشقوق يسمح بتسرب سائل الإلكتروليت، مما يحفز تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها وإطلاق غاز الأكسجين، وهو ما يرفع مخاطر “التشتت الحراري” والحرائق. وفي الظروف العادية، يؤدي هذا التصدع إلى التراجع التدريجي في السعة، مما يجعل البطارية بمرور الوقت غير قادرة على تقديم نفس الشحنة التي كانت توفرها وهي جديدة.
أكد البروفيسور “خليل أمين” أن التحول نحو مجتمع يعتمد على الكهرباء يتطلب مساهمة الجميع، مشدداً على أن ثقة الجمهور في أمان البطاريات وطول عمرها هي المحرك الأساسي لاختيار هذه التكنولوجيا واعتمادها عالمياً. وتوفر هذه الدراسة فهماً أعمق لمسارات تراجع المواد، مما يمهد الطريق لتصميم جيل جديد من المهابط عالية الأداء التي تلبي احتياجات الطاقة العالمية المتزايدة.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
Image Source: Canva Library
