تقنية لتعزيز عمر وكفاءة بطاريات السيارات الكهربائية

ابتكر فريق من الباحثين في المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا في أولسان (UNIST) طريقة نوعية لزيادة عمر بطاريات السيارات الكهربائية، وذلك من خلال تعديل بسيط وفعال على طبقة الإلكتروليت المستخدمة في البطاريات الصلبة. في المقال التالي سوف نتحدث عن هذه التقنية الجديدة التي تعد خطوة مهمة نحو تطوير بطاريات أكثر أماناً واستدامة.

كيفية تحسين أداء البطاريات باستخدام الإلكتروليت المشدود

تعتمد التقنية المبتكرة على تطبيق شد أحادي المحور للإلكتروليت البوليمري الفلوريني، مما يؤدي إلى تحسين الأداء العام للبطاريات وتعزيز كفاءتها التشغيلية. تعمل هذه التقنية على تحسين استقرار الإلكتروليت وتقليل التفاعلات الجانبية التي تؤدي إلى تدهور الأداء مع مرور الوقت. أظهرت الاختبارات أن البطاريات المعدلة قادرة على الاحتفاظ بنسبة 78% من سعتها بعد 200 دورة شحن وتفريغ، مقارنة بنسبة 55% التي سجلتها البطاريات التي تستخدم إلكتروليتات غير مشدودة، مما يبرز إمكانياتها للاستخدام في الأجهزة ذات الطلب المرتفع على الطاقة والتطبيقات التي تتطلب دورة حياة أطول وتحملًا أكبر.

تأثير الشد الميكانيكي على كفاءة الإلكتروليت

أوضح الباحثون أن الشد الميكانيكي للإلكتروليت يساهم بشكل كبير في تحسين حركة أيونات الليثيوم داخله، حيث يؤدي هذا الشد إلى تقليل الحواجز الداخلية وتوسيع القنوات التي تمر من خلالها الأيونات، مما يعزز معدل نقلها وإنتاجيتها. وفقًا للدراسة المنشورة في مجلة Energy Storage Materials، ارتفع معدل انتشار أيونات الليثيوم في الإلكتروليت المشدود بمقدار 4.8 أضعاف مقارنة بالإلكتروليت غير المشدود، بينما زادت التوصيلية الأيونية بنسبة 72%، الأمر الذي قد يفتح المجال أمام تحسينات كبيرة في أداء البطاريات وتقنيات تخزين الطاقة المتقدمة.

تعزيز معايير السلامة للبطاريات الصلبة

إلى جانب تحسين الأداء، ركز الفريق البحثي على تعزيز معايير السلامة في البطاريات الصلبة من خلال تطوير تقنيات مبتكرة في تصميم الإلكتروليتات. اختبارات الاشتعال المكثفة أثبتت أن المادة الجديدة تمتلك خصائص استثنائية في مقاومة النيران، حيث تمكنت من إخماد النيران خلال أربع ثوانٍ فقط من التعرض للهب، مما يعد تقدمًا كبيرًا في مجال الأمان الحراري. هذا التحسين يجعل الإلكتروليت المشدود خيارًا أكثر أمانًا مقارنة بالإلكتروليتات السائلة العضوية التقليدية التي تشتهر بقابليتها العالية للاشتعال. بالإضافة إلى ذلك، يقدم هذا التطوير إمكانيات جديدة لتصميم بطاريات تدمج بين الكفاءة العالية والسلامة في الوقت نفسه، مما يزيد من فرص التطبيق في الأجهزة المحمولة والسيارات الكهربائية.

الاستخدام الفعّال لفيلم بوليمري ومركبات سيراميكية

يرجع نجاح التقنية إلى التركيب الهيكلي للإلكتروليت، حيث يعتمد التصميم على فيلم بوليمري من نوع PVDF-TrFE-CFE. في الحالة الطبيعية تكون سلاسل البوليمر متشابكة ومعقدة، مما يعيق حركة أيونات الليثيوم. ولكن عند تطبيق عملية الشد، يتم فتح هذه السلاسل مما يوفر مسارات ميسرة وسلسة لتحرك الأيونات بشكل أكثر كفاءة. علاوة على ذلك، تم تعزيز التركيبة من خلال إضافة مسحوق سيراميكي (LLZTO)، الذي لا يقتصر دوره على تحسين المرونة الميكانيكية فحسب، بل يساهم بشكل فعال في مقاومة الاشتعال ويعزز التوصيلية الأيونية، مما يجعل التقنية أكثر أماناً واستدامة للاستخدامات العملية وبالأخص في تطبيقات تخزين الطاقة المتقدمة.

نتائج واختبارات البطاريات المعدلة

لإثبات فعالية التقنية، استخدم الفريق الإلكتروليت المشدود في بطاريات تحتوي على كاثود من فوسفات الحديد الليثيوم (LFP). أظهرت الاختبارات أن هذه التعديلات أسفرت عن زيادة ملحوظة في عمر البطارية وكفاءتها، بالإضافة إلى تحسين ثبات الأداء في ظروف التشغيل المختلفة وتقليل نسبة فقد الطاقة أثناء الشحن والتفريغ. النظرة المستقبلية تشير إلى إمكانية تطبيق التقنية على نطاق واسع بفضل سهولة تصنيع الإلكتروليتات البوليمرية وتكيفها مع مجموعة متنوعة من تصميمات الأجهزة، مما يفتح آفاقاً جديدة لاستخدامها في التطبيقات الصناعية والتكنولوجية المتقدمة.

تصريح الباحث الرائد حول مستقبل التقنية

أكد البروفيسور سوك جو كانغ، قائد البحث، أهمية هذه الطريقة لتطوير البطاريات الصلبة. وقال: “يمكن تطبيق هذه الطريقة على مختلف أنواع الإلكتروليتات البوليمرية، ما يفتح الباب أمام تحسين كفاءة الأداء وتقليل تكاليف الإنتاج، مما يسرّع من تسويق بطاريات صلبة آمنة وطويلة العمر. بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه التقنية إمكانية ابتكار حلول جديدة تعزز قدرة البطاريات على تحمل الظروف القاسية وتحسين أدائها الحراري، ما يجعلها مناسبة للاستخدام في مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية والسيارات الكهربائية. هذا النهج يمثل خطوة مهمة نحو مستقبل أكثر أماناً واستدامة لتكنولوجيا السيارات الكهربائية، كما يسهم في تقليل الاعتماد على الموارد غير المتجددة وتعزيز الحلول الصديقة للبيئة، مما يعكس تأثيراً إيجابياً على الاستدامة العالمية وتحقيق تقدم ملحوظ في مجال الطاقة النظيفة.”

تصميم بطاريات تجمع بين الكفاءة والأمان

من المتوقع أن تساهم التقنية الجديدة في تطوير جيل جديد من البطاريات الصلبة التي تُحقق توازنًا بين الأداء العالي والسماحة البيئية، مما يعزز ثقة المستهلكين في السيارات الكهربائية ويحفّز تبنيها على نطاق عالمي. هذه البطاريات تتميز بكفاءة أكبر في تخزين الطاقة وعمرٍ افتراضي أطول مقارنةً بتقنيات البطاريات التقليدية، إضافة إلى قدرتها على تقديم أداء مستقر في ظروف تشغيل مختلفة ومتطلبات شحن أقل، ما يجعلها خيارًا مستدامًا وأكثر اقتصادية للمستخدمين والشركات المصنعة على حد سواء. فضلاً عن ذلك، تُعتبر هذه الابتكارات دافعًا قويًا نحو تحقيق أهداف الاستدامة من خلال تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتحقيق تقدم ملموس في تقنيات الطاقة النظيفة، مما يسهم في تحسين جودة الهواء عبر تخفيض الانبعاثات الضارة الناتجة عن مصادر الطاقة التقليدية، وبالتالي فتح آفاق جديدة لتطوير المدن الذكية والحلول البيئية المتقدمة.