جيل جديد من البطاريات.. ابتكار يطيل عمر بطاريات السيارات الكهربائية 2.8 مرة
شبه صلب يرفع كفاءة بطاريات السيارات الكهربائية طويلة المدى يحدّ من شيخوختها
أعلن فريق بحثي من جامعة UNIST عن تطوير مادة هلامية جديدة يمكنها إطالة عمر بطاريات السيارات الكهربائية المخصّصة للمدى الطويل، إضافة إلى تعزيز مستويات الأمان فيها.
ويعمل هذا الإلكتروليت المبتكر على منع توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، التي تُعدّ السبب الرئيسي في شيخوخة البطاريات، ما أدى إلى زيادة عمر البطارية بمعدل 2.8 مرة وتقليل معدلات الانتفاخ إلى السُّدس.
وجرى تطوير الإلكتروليت، وهو هلام بوليمري شبه صلب يعتمد على الأنثراسين (An-PVA-CN)، بقيادة البروفيسور هيون-كون سونغ من كلية هندسة الطاقة والهندسة الكيميائية بجامعة UNIST، بالتعاون مع الدكتورة سيو-هيون جونج من المعهد الكوري لأبحاث التكنولوجيا الكيميائية (KRICT) والدكتور تشيهيون هوانج من معهد كوريا للتكنولوجيا الإلكترونية (KETI).
ويعتمد هذا الابتكار على منع انبعاث أنواع الأكسجين التفاعلية مباشرة من الأقطاب خلال الشحن عالي الجهد.
وتُعد البطاريات الليثيوم-أيون عالية الجهد، التي تُشحن عند مستويات تتجاوز 4.4 فولت، أكثر قدرة على تخزين الطاقة، لكنها تواجه تحديات كبيرة بسبب عدم استقرار الأكسجين داخل الكاثود الغني بالنيكل، ما يؤدي إلى تكوّن الجذور الأكسجينية، وزيادة الغازات، وارتفاع مخاطر الانفجار، إلى جانب تقصير العمر التشغيلي للبطارية.
ويقوم مكوّن الأنثراسين في الإلكتروليت الجديد بالارتباط بالأكسجين غير المستقر على سطح القطب، ما يمنع تحوله إلى الجذور الأكسجينية المعروفة بـ”الأكسجين الأحادي” (¹O₂)، وهي بذرة التدهور في هذه البطاريات.
كما يلتقط الأنثراسين الأنواع التفاعلية الموجودة بالفعل، موفرًا طبقة حماية مزدوجة. أما مجموعة النيتريل (-CN)، فتعمل على تثبيت عنصر النيكل داخل الكاثود، وتحميه من الذوبان والتشوه البنيوي خلال الشحن.
زيادة تقارب ثلاثة أضعاف في العمر التشغيلي
وأوضحت الباحثة الأولى، جونجين لي، أن تميّز الدراسة يكمن في قدرتها على منع نشوء الجذور الأكسجينية من مصدرها، بينما كانت الأساليب السابقة تعتمد على تحييدها بعد تكوّنها أو تعديل تركيب القطب للحد من انبعاث الأكسجين.
وأظهرت النتائج، أن البطاريات المزودة بالإلكتروليت الجديد حافظت على 81% من سعتها الأصلية بعد 500 دورة شحن وتفريغ عند جهد 4.55 فولت، مقارنة بالبطاريات التقليدية التي هبط أداؤها إلى أقل من 80% بعد 180 دورة فقط، ويعكس ذلك زيادة تقارب ثلاثة أضعاف في العمر التشغيلي.
كما انخفض تطور الغازات والانتفاخ بشكل كبير، إذ لم يتجاوز التمدد نحو 13 ميكرومترًا، مقابل 85 ميكرومترًا في البطاريات التقليدية، أي بانخفاض يقارب ستة أضعاف.
وأكد البروفيسور سونغ أن الدراسة تثبت إمكانية التحكم في تفاعلات الأكسجين داخل البطاريات عالية الجهد من خلال تصميم الإلكتروليت نفسه، مشيرًا إلى أن هذا النهج قد يفتح الطريق أمام تطوير بطاريات ليثيوم-أيون خفيفة الوزن لتطبيقات الطيران والأنظمة واسعة النطاق لتخزين الطاقة.
