حل لغز الشحن الفائق السرعة للبطارية

قد يحدث نقلة نوعية في صناعة السيارات الكهربائية

اندبندنت عربية \ أنتوني كاثبرتسون صحافي @ADCuthbertson

يقول علماء إنهم عرفوا أخيراً كيف يتغلبون على عائق رئيس يحول دون شحن البطارية بسرعة فائقة.

توصل فريق العلماء من “جامعة ستانفورد” ومختبر “سلاك” SLAC، الوطني للمسرعات الذرية في الولايات المتحدة، إلى حل المشكلة المعقدة المتصلة بنشوء دوائر صغيرة مقفلة ومضرة تؤدي إلى تعطل بطاريات الليثيوم المعدنية من الجيل المقبل لتلك البطاريات. [يفترض أن تسري الكهرباء وتستقر بسلاسة داخل بطارية الليثيوم. وبطريقة بقيت لغزاً قبل الآن، لوحظ تكون فجائي لدوائر مغلقة يتضارب فيها القطبين السالب والموجب داخل البطارية، ما يؤدي إلى استنزاف سريع لمخزون البطارية من الكهرباء. وقد توصل علماء ستانفورد إلى حل ذلك اللغز].

وأشار العلماء إلى أن النتائج التي خلصوا إليها ربما تعود بفوائد مهمة على صناعة السيارات الكهربائية. [تعتمد كفاءة السيارة الكهربائية بشكل أساسي على وجود بطارية قوية يمكن شحنها بسرعة وتدوم طويلاً].

وحتى الآن، جرى الاعتماد على كون بطاريات الليثيوم المعدنية القابلة لإعادة الشحن خفيفة الوزن، وقابلة للاشتعال، وتختزن قدراً كبيراً من الطاقة ويمكن شحنها بسرعة كبيرة. وعلى رغم ذلك، بقيت بطارية الليثيوم حتى الآن غير ملائمة للاستخدام التجاري نتيجة الإجهاد الميكانيكي الذي تتعرض له أثناء الشحن.

تطرق إلى هذه المشكلة الباحث المشارك في الدراسة ويليام تشو من “كلية ستانفورد دوير للاستدامة” الأميركية، مشيراً إلى أنه “مجرد حدوث تقعّر بسيط في البطارية، أو ثنيها أو اعوجاجها ربما يسفر عن حدوث شقوق نانوية الحجم أو بالغة الصغر في المواد، ما يسمح بدخول الليثيوم إلى مسارات الإلكتروليت الصلب، ويتسبب تالياً في حدوث تماس كهربائي”. [الإلكتروليت هو جزيئات المعادن التي تحمل شحنات كهربائية تختلف بين كل معدن وآخر].

وأضاف تشو، “حتى الغبار أو الشوائب الأخرى التي تجد طريقها إلى البطارية خلال عملية التصنيع في مقدورها أن تولد ضغطاً كافياً يتسبب في تعطل هذا الجهاز”.

في سنوات ماضية، تركت هذه المعضلة الباحثين في حيرة من أمرهم، إذ افترض البعض منهم أنها تعزى إلى التدفق غير المقصود للإلكترونات، بينما ادعى آخرون أنها مشكلة كيماوية.

ولكن علماء “جامعة ستانفورد” نهضوا بسلسلة من 60 تجربة كي يؤكدوا أن المشكلات كانت في الواقع ناجمة عن تصدعات وخدوش وشقوق بالغة الصغر داخل إلكتروليتات صلبة من السيراميك.

[يطلق تعبير السيراميك في صناعة البطاريات على المواد التي تضم في ثناياها الليثوم، إضافة إلى المكونات المعدنية الجزيئية المشحونة بالكهرباء].

ووفق العالِم جيف ماكونهي، “نظراً إلى إمكانية الدخول عميقاً في الإلكتروليت، سيشق الليثيوم طريقه في نهاية المطاف، ليربط بين القطبين الموجب والسالب. [يحدث تماس كهربائي ضمن دائرة صغيرة مغلقة، لكنها تستنزف كمية كبيرة نسبياً من الكهرباء]. وفي هذه الحالة، تتعطل البطارية”. وقد عمل ماكونهي ضمن فريق العلماء في مختبر البروفيسور ويليام تشو، لكنه يعمل الآن في مجال الصناعة.

تناول البحث دراسة بعنوان “التنظيم الميكانيكي لإمكانية تسرب الليثيوم إلى الإلكتروليتات الصلبة من الغارنيت”، نشرت في المجلة العلمية “نيتشر إنيرجي” Nature Energy  يوم الاثنين.

© The Independent

المزيد عن: جامعة ستانفور\دبطارية الليثيوم\الشوارد المعدنية\تشرخات نانوية\المختبر الوطني للمسرعات الذرية