تقنية نانوية جديدة تعزز بطاريات الحالة الصلبة وتُطيل عمرها إلى 500 دورة شحن
بطاريات المستقبل تقترب.. ابتكار يرفع كفاءة التخزين ويقلل التآكل الداخلي
أعلن فريق بحثي في معهد أبحاث الإلكترونيات والتكنولوجيا الكهروتقنية في كوريا الجنوبية عن تطوير تقنية جديدة تعتمد على طبقة نانوية من القصدير، بهدف معالجة واحدة من أبرز التحديات التي تواجه بطاريات الحالة الصلبة، وهي عدم الاستقرار عند الواجهة بين قطب الليثيوم الكهربائي والإلكتروليت الصلب.
وتُعد بطاريات الحالة الصلبة من أبرز تقنيات الجيل القادم في مجال تخزين الطاقة، نظرًا لارتفاع مستويات الأمان فيها مقارنة ببطاريات الليثيوم التقليدية، إلا أن تحديات تقنية ما تزال تعيق انتشارها التجاري على نطاق واسع.
مشكلة الواجهة وتكوّن التشققات
تتمثل إحدى أبرز المشكلات في “مقاومة الواجهة”، الناتجة عن ضعف التلامس بين المواد الصلبة داخل البطارية، ما يعيق حركة الأيونات ويقلل من كفاءة الأداء.
كما يؤدي تكرار دورات الشحن والتفريغ إلى نمو تراكيب شجرية من الليثيوم تُعرف باسم “التشعبات”، والتي تُسرّع من تدهور عمر البطارية.
حل نانوي مبتكر
تمكن الباحثون من تطوير طبقة رقيقة جدًا من مسحوق القصدير النانوي تُوضع بين مكونات البطارية باستخدام تقنية الطباعة بالنقل، حيث تعمل هذه الطبقة على تحسين الاتصال بين الأسطح الداخلية وتقليل المقاومة الكهربائية.
وتساعد هذه الطبقة أيضًا في توجيه حركة أيونات الليثيوم بشكل أكثر استقرارًا، ما يحد من التشققات الداخلية ويحسن من كفاءة النقل داخل البطارية.
أداء مرتفع وعمر أطول
أظهرت التجارب أن استخدام هذه التقنية في خلايا بطارية من نوع “الحقيبة” (Pouch Cell) أدى إلى الحفاظ على أكثر من 81% من السعة بعد 500 دورة شحن وتفريغ، حتى عند تشغيل البطارية تحت ضغط منخفض نسبيًا.
كما وصلت كثافة الطاقة إلى أكثر من 350 واط/كجم، وهو مستوى يتجاوز بطاريات الليثيوم التقليدية التي تتراوح عادة بين 150 و250 واط/كجم.
دعم نظري ونتائج دقيقة
لم يقتصر العمل على التجارب المعملية فقط، بل شمل أيضًا نماذج محاكاة متقدمة لفهم كيفية تأثير سبائك القصدير على حركة الليثيوم وتقليل المقاومة على المستوى الذري والإلكتروني، ما يعزز من موثوقية النتائج العلمية.
خطوة نحو التصنيع التجاري
يرى الباحثون أن هذا التطور يمثل خطوة مهمة نحو تجاوز عقبة التصنيع الصناعي لبطاريات الحالة الصلبة، إذ يجمع بين الأداء العالي وقابلية التوسع الصناعي دون الحاجة إلى أنظمة ضغط معقدة أو مكلفة.
ومن المتوقع أن يسهم هذا الابتكار في دعم تطبيقات مستقبلية تشمل السيارات الكهربائية، والروبوتات المتقدمة، وأنظمة تخزين الطاقة.
