علماء يكتشفون طريقة جديدة لإطالة عمر بطاريات "الليثيوم أيون"
توفّر مواد كاثود الأكسيد ذات الطبقات والغنية بالليثيوم قدرات قياسية تزيد عن 300 مللي أمبير/جم، متجاوزة مواد الكاثود المتوفّرة تجارياً. ويمكن لهذه المواد أن تعزّز كثافة الطاقة للبطاريات بأكثر من 30 بالمئة مع الحفاظ على مزايا كبيرة بشأن التكلفة.
-
بطاريات الليثيوم أيون القديمة
حدّد العلماء المواد التي تنكمش عند التسخين، مما يتيح تجديد بطاريات الليثيوم أيون القديمة مع استعادة الجهد بنسبة 100% تقريباً.
ومن شأن هذا الإنجاز، الذي حقّقه فريق بحثي في معهد نينغبوه لتكنولوجيا وهندسة المواد، والأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع باحثين من جامعة شيكاغو ومؤسسات أخرى، ألا يسهم فحسب في تطوير تكنولوجيا البطاريات ذات الكثافة والاستدامة العالية للطاقة، بل يَعد أيضاً بإحداث ثورة في تصميم المواد وتطبيقها في المستقبل.
وتمّ نشر النتائج ذات الصلة في مجلة "نيتشر".
ولدفع الحدود التشغيلية للسيارات والطائرات الكهربائية، يجب ترقية الجيل التالي من تقنية بطاريات الليثيوم أيون ذات الكثافة العالية للطاقة، حسبما قال قائد الفريق ليو تشاو بينغ، الباحث في معهد نينغبوه لتكنولوجيا وهندسة المواد.
مواد الكاثود تؤدّي دوراً حيوياً في تخزين الطاقة
وبوصفها مكوّناً أساسياً للبطاريات، تؤدّي مواد الكاثود دوراً حيوياً في تخزين الطاقة وإطلاقها من خلال التفاعلات الكيميائية أثناء الشحن والتفريغ. وهي تؤثّر بشكل حاسم على كثافة طاقة البطارية ودورة حياتها وسلامتها وتكلفة إنتاجها.
Enhanced Lithium Ion Conductivity with Scandium Substitution https://t.co/xS31OmVE82#LithiumBatteries#BatteryInnovation#EnergyStorage pic.twitter.com/uvcaYPbr65
— AZoM (@azom) May 12, 2025
وتوفّر مواد كاثود الأكسيد ذات الطبقات والغنية بالليثيوم قدرات قياسية تزيد عن 300 مللي أمبير/جم، متجاوزة مواد الكاثود المتوفّرة تجارياً. ويمكن لهذه المواد أن تعزّز كثافة الطاقة للبطاريات بأكثر من 30 بالمئة مع الحفاظ على مزايا كبيرة بشأن التكلفة.
ومع ذلك، فإنّ تحقيق التوازن بين الكثافة العالية للطاقة والاستقرار طويل الأجل في البطاريات القائمة على مواد كاثود الأكسيد ذات الطبقات والغنية بالليثيوم لا يزال يمثّل تحدياً، إذ بعد دورات الشحن المتكرّرة، يتحلّل الجهد تدريجياً، ما يؤدي إلى شيخوخة البطارية.
واكتشف الفريق سلوك التمدّد الحراري السلبي لمواد كاثود الأكسيد ذات الطبقات والغنية بالليثيوم، والتي تنكمش عند تسخينها في نطاق درجة حرارة يتراوح من 150 إلى 250 درجة مئوية.
وتمّ تطوير طريقة كهروكيميائية جديدة لإعادة ضبط مواد كاثود الأكسيد ذات الطبقات والغنية بالليثيوم القديمة من الحالات المضطربة وغير المستقرة هيكلياً إلى حالتها الأصلية المنظمة.
وقال تشيو باو، المؤلف الرئيسي للدراسة: "من خلال تعديل استراتيجيات الشحن بذكاء، يمكن إصلاح العيوب الهيكلية في الكاثود بشكل دوري، وبالتالي إطالة عمر البطارية بشكلٍ كبير".
أول كاثود بتمدّد حراري صفري
واستنادا إلى إطار تنبؤي قوي، صمّم الفريق أول كاثود بتمدّد حراري صفري في العالم، والذي يظهر تغيّراً ضئيلاً في الحجم في ظل تقلّبات درجات الحرارة.
It’s like blood transfusion for EV batteries!
— S.L. Kanthan (@Kanthan2030) February 16, 2025
Scientists in China - Fudan University - have found a clever hack to extend lithium battery lifetime to 18 years (or 12,000 charging cycles).
This is done by injecting a special compound that replenishes Lithium ions.
For chemistry… pic.twitter.com/J0E2IKvHEn
ويمكن أن يعالج هذا التقدّم مسائل مثل العمر القصير للبطارية الناجم عن الاختلافات الحرارية، مما يفتح إمكانيات جديدة للجيل التالي من تقنية بطاريات الليثيوم ذات الكثافة العالية للطاقة.
ومع دمج التقنيات التجريبية المتقدّمة والذكاء الاصطناعي، يتطور تصميم المواد نحو التخصيص عند الطلب. وقال الخبراء إنه في المستقبل، تَعد بطاريات الليثيوم أيون بكسر المفاضلة التقليدية بين النطاق والعمر الافتراضي، مما يمكن السيارات والطائرات الكهربائية من التمتع بمسافات ممتدة وعمر طويل للغاية.
اقرأ أيضاً: اكتشاف مصدر جديد للتلوّث الكيميائي الخطير
وقال معلّقون لدى مجلة "نيتشر": "تمتد الآثار المترتّبة على هذه النتائج إلى ما هو أبعد من مجال أبحاث البطاريات، وهو أمر مستحدث ومثير للاهتمام ومهم لطرح مبادئ جديدة لتصميم المواد الوظيفية".
