بحث علمي يكشف ارتباط سرعة السيارة الكهربائية بمدى البطارية

ظهرت مؤخرًا قاعدة تؤكد أن القيادة السريعة تقلل من عمر البطارية، فقد يكون هذا المبدأ صحيحًا بشكل خاص بالنسبة للبطاريات، بعد دراسة جديدة سعت إلى تحديد أسباب تدهور أداء بطاريات الليثيوم أيون سريعة الشحن في السيارات الكهربائية.

ونشر موقع "materialstoday" البريطاني بحث جديد من مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE)، حيث وجد العلماء سلوكًا كيميائيًا مثيرًا للاهتمام في أحد قطبي بطارية ليثيوم أيون أثناء شحنه وتفريغه، وأبلغ العلماء النتائج التي توصلوا إليها في ورقة بحثية في مجلة الجمعية الكهروكيميائية.

وتحتوي بطاريات الليثيوم أيون على كاثود موجب الشحنة وأنود سالب الشحنة، مفصولة بمادة تسمى بالكهرباء التي تنقل أيونات الليثيوم بينهما.

ويصنع الأنود في هذه البطاريات عادةً من الجرافيت، وهي نفس المادة الموجودة في العديد من أقلام الرصاص.

وفي بطاريات الليثيوم أيون، يتم تجميع الجرافيت من جزيئات صغيرة داخل هذه الجسيمات، يمكن لأيونات الليثيوم أن تدخل نفسها في عملية تسمى الإقحام، وعندما يحدث الإقحام بشكل صحيح، يمكن شحن البطارية وتفريغها بنجاح.

وعندما يتم شحن البطارية بسرعة كبيرة، يصبح التبادل عملاً أكثر تعقيدًا، فبدلاً من إدخال نفسها بسلاسة بين جزيئات الجرافيت، تميل أيونات الليثيوم إلى التجمع فوق سطح الأنود، مما يؤدي إلى تأثير "الطلاء" الذي يمكن أن يتسبب في تلف طرفي - لا يقصد التورية - للبطارية.

وقال دانييل أبراهام، عالم بطاريات Argonne، مؤلف الورقة البحثية: "الطلاء هو أحد الأسباب الرئيسية لضعف أداء البطارية أثناء الشحن السريع، فعندما قمنا بشحن البطارية بسرعة، وجدنا أنه بالإضافة إلى الطلاء على سطح الأنود ، كان هناك تراكم لمنتجات التفاعل داخل مسام القطب."

ونتيجة لذلك، يخضع الأنود نفسه لدرجة من التوسع لا رجعة فيه ، مما يضعف أداء البطارية.

وباستخدام تقنية تسمى المسح الضوئي للانكسار النانوي للإلكترون، لاحظ أبراهام وزملاءه من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين تغيرًا ملحوظًا آخر في جسيمات الجرافيت.

وعلى المستوى الذري، تتشوه شبكة ذرات الجرافيت عند حواف الجسيمات بسبب الشحن السريع المتكرر، مما يعيق عملية الإقحام.

وأوضح أبراهام: "في الأساس، ما نراه هو أن الشبكة الذرية في الجرافيت تصبح مشوهة ، وهذا يمنع أيونات الليثيوم من العثور على" موطنها "داخل الجسيمات - وبدلاً من ذلك ، فإنها تصطدم بالجسيمات".

وقال عالم بطاريات Argonne: "كلما قمنا بشحن بطاريتنا بشكل أسرع ، زاد اضطراب القطب الموجب ذريًا، الأمر الذي سيمنع أيونات الليثيوم في النهاية من القدرة على التحرك ذهابًا وإيابًا".

واختتم أبراهام تصريحاته قائلًا: "المفتاح هو إيجاد طرق إما لمنع هذا الفقد في التنظيم أو لتعديل جزيئات الجرافيت بطريقة ما بحيث يمكن لأيونات الليثيوم أن تتداخل بشكل أكثر كفاءة."