إنجاز علمي جديد.. تطوير سبائك الليثيوم والألمنيوم لشحن البطاريات أسرع وعمر أطول

طور فريق من المهندسين في جامعة كاليفورنيا بسان دييجو استراتيجية تصميم جديدة للأقطاب السالبة المعدنية المصنوعة من سبائك الليثيوم والألمنيوم، يمكن أن تحسن بشكل كبير أداء ومتانة بطاريات الحالة الصلبة من الجيل التالي، مما يمهد الطريق نحو تخزين طاقة عملي وعالي الأداء للسيارات الكهربائية.

نُشرت الدراسة في دورية Nature Communications.

ركز الفريق على الأقطاب السالبة المصنوعة من سبيكة الليثيوم-الألمنيوم، ودرس كيفية تحرك أيونات الليثيوم عبر مرحلتين مختلفتين من المادة: مرحلة غنية بالليثيوم تُعرف باسم “بيتا”، وأخرى فقيرة بالليثيوم تُعرف باسم “ألفا”، وكيف تؤثر هاتان المرحلتان على أداء البطارية.

ومن خلال تعديل نسبة الليثيوم إلى الألمنيوم، تمكن الباحثون من التحكم في توزيع المرحلة “بيتا” داخل السبيكة.

معدلات شحن وتفريغ عالية والاحتفاظ بالكفاءة

وأظهرت النتائج أن زيادة نسبة المرحلة “بيتا” حسّنت بشكل ملحوظ حركة الليثيوم داخل السبيكة المعدنية، إذ وفرت مسارات تسمح لأيونات الليثيوم بالانتشار أسرع بنحو عشرة مليارات مرة مقارنة بالمرحلة “ألفا”.

كما أسهمت المرحلة “بيتا” في تكوين بنى أكثر كثافة واستقرارًا داخل الأقطاب، وعززت قنوات انتقال الليثيوم بين القطب والإلكتروليت الصلب.

وفي الاختبارات، أظهرت البطاريات المزودة بأقطاب غنية بمرحلة “بيتا” معدلات شحن وتفريغ عالية، واحتفظت بسعتها التشغيلية على مدى أكثر من 2000 دورة.

ويُعد هذا أول بحث يثبت وجود علاقة مباشرة بين توزيع المرحلة “بيتا” وسلوك انتشار الليثيوم داخل سبائك الليثيوم-الألمنيوم، وهو ما قد يوجه تصميم أقطاب معدنية مستقبلية بقدرات أعلى على تخزين الطاقة، وشحن أسرع، وعمر تشغيلي أطول.

قاد الدراسة الباحثان تشن زينج ويوجو جيون من كلية جاكوبس للهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييجو، بمشاركة باحثين من جامعتي كاليفورنيا في إيرفاين وسانتا باربرا، وشركة إل جي إنرجي سولوشن.