سولارابيك، كوريا–15 ديسمبر 2024: حقق فريق من الباحثين في معهد العلوم والتكنولوجيا المتقدمة في كوريا (KAIST) إنجازاً علمياً كبيراً في مجال تكنولوجيا البطاريات، إذ تمكنوا من زيادة عمر بطاريات الليثيوم بنسبة هائلة تصل إلى 750% باستخدام تقنية مبتكرة تعتمد على الماء.
لطالما عانت بطاريات الليثيوم من مشكلة نمو الشجيرات (dendrites) التي تتشكل على سطح المصعد خلال عملية الشحن والتفريغ المتكررة والتي تؤدي إلى تقصير عمر البطارية وتشكل خطراً على السلامة. وقد تمكن الباحثون الكوريون من التغلب على هذه المشكلة من خلال تصميم غشاء حماية نانوي ذكي، يتكون من ألياف نانوية مجوفة مصنوعة من مواد طبيعية وبيولوجية.
تلعب هذه الألياف النانوية المجوفة دوراً حيوياً في تحسين أداء البطارية. إذ أنها تعمل كقنوات دقيقة توجه حركة أيونات الليثيوم بشكل منتظم وتمنع نمو الشجيرات. بالإضافة إلى ذلك، فإن المواد المستخدمة في تصنيع الغشاء تتميز بخصائص كيميائية فريدة تساعد على تكوين طبقة واجهة صلبة مستقرة (SEI) على سطح المصعد، مما يحمي الليثيوم المعدني من التفاعلات الجانبية ويعزز كفاءة البطارية.
آلية عمل بطاريات الليثيوم المزودة بغشاء نانوي
عندما يتم شحن البطارية، تنتقل أيونات الليثيوم من المهبط إلى المصعد وتمر عبر الغشاء النانوي. وبفضل الهيكل المسامي للغشاء، يتم توزيع أيونات الليثيوم بشكل متجانس على سطح المصعد، مما يمنع تكوين نقاط ساخنة تؤدي إلى نمو الشجيرات. كما أن المواد المكونة للغشاء تتفاعل مع أيونات الليثيوم لتكوين طبقة رقيقة ومرنة من SEI، تعمل كحاجز يحمي المصعد ويمنع تفاعله المباشر مع الكهرليت.
النتائج
أظهرت الاختبارات التي أجريت على البطاريات المزودة بالغشاء النانوي الجديد نتائج واعدة للغاية. فقد تمكنت هذه البطاريات من الحفاظ على 93.3% من سعتها الأصلية بعد 300 دورة شحن وتفريغ، وهو رقم قياسي مقارنة بالبطاريات التقليدية التي تفقد سعتها بسرعة أكبر بكثير. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت هذه البطاريات مقاومة عالية للتغيرات في درجة الحرارة والضغط، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات.
أما عن الأثر البيئي لهذه البطاريات فمن أهم مزايا هذه التقنية الجديدة هو أنها صديقة للبيئة. فالمواد المستخدمة في تصنيع الغشاء هي مواد طبيعية قابلة للتحلل، كما أن عملية التصنيع نفسها لا تتطلب استخدام مواد كيميائية ضارة أو كميات كبيرة من الطاقة.
التطبيقات المستقبلية
تفتح هذه التقنية آفاقاً جديدة لتطوير بطاريات أكثر كفاءة وأماناً، مما يجعلها مثالية للاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- السيارات الكهربائية: حيث يمكن أن تسهم هذه البطاريات في زيادة مدى القيادة وتقليل وقت الشحن.
- الأجهزة الإلكترونية المحمولة: مثل الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة، حيث يمكن أن توفر عمر بطارية أطول.
- تخزين الطاقة المتجددة: يمكن استخدام هذه البطاريات لتخزين الطاقة المنتجة من مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
