قام فريق بحثي أميركي مؤخرا بتطوير بطاريات ليثيوم جديدة يمكن شحنها بالكامل في غضون خمس دقائق فقط. حيث يمكن أن يساعد هذا الابتكار في التخفيف من مخاوف السائقين بشأن وقت شحن السيارات الكهربائية. مما قد يؤدي إلى زيادة الإقبال على شراءها واعتمادها.
وفي سعيها الحثيث لتقليل الانبعاثات الناتجة عن النقل، تتطلّع دول العالم إلى تحويل وسائل النقل المختلفة لتعتمد على الكهرباء. وقد تصدّرت وسائل النقل البرّي مثل السيارات والحافلات والشاحنات هذا التحوّل. حيث تهدف بعض الدول حتى إلى حظر بيع السيارات التي تعمل بالوقود الأحفوري في العقد القادم.
مع التقدم التكنولوجي، يمكن لأسرع شاحن تجاري شحن سيارة كهربائية في أقل من 30 دقيقة. في حين أن هذا قد يكون تحسنًا كبيرًا مقارنة بأجهزة الشحن التي تستغرق 8 ساعات. بينما مع بطاريات الليثيوم لن تحتاج سوى لخمس دقائق. وهذا بدوره كفيل بالتأثير الكبير على عالم صناعة السيارات الكهربائية وزيادة انتشارها على نطاق أوسع.”
مقال ذو صلة: سيارات الطاقة المتجددة ما الذي يمنع انتشارها بشكل كامل؟
تغيير النهج و الأسلوب
عمل فريق آرتشر في السابق على مشكلة شحن بطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك، فقد ركز الفريق في نهجه على حركة الأيونات في المواد الكهروليتية وتبلورها على الأنود المعدنية. واستخدم الفريق خبرته في هذه العمليات لتطوير أنودات أكثر أمانًا توفر تخزينًا طويل الأمد.
إاضافة لذلك، ولتطوير بطارية ذات شحن أسرع، اتخذ الفريق نهجًا جديدًا بالتركيز على حركية التفاعلات الكهروكيميائية. بمعنى آخر، تّم التعمّق في مفهوم يُسمى أرقام Damköhler” دامكوهلر”، والذي يقيس سرعة التفاعل ومعدل نقل المواد إلى موقع التفاعل.
وهنا ركز الفريق بشكل خاص على البحث عن مواد ذات أرقام دامكوهلر منخفضة، والتي تتميز بسرعة نقل عالية، واكتشفوا إمكانية استخدام معدن طري يسمى الإنديوم.
مقال ذو صلة: هل بطاريات الألماس هي الحل؟
البطاريات التي يمكن شحنها في غضون 5 دقائق
يُستخدم الإنديوم تجاريًا كلحام ذو درجة حرارة منخفضة لصنع أكسيد القصدير الإنديومي، وهو مادة طلاء للألواح الشمسية وشاشات اللمس. لقد اكتشف الباحثون أن هذا المعدن يتمتع بحاجز طاقة هجرة منخفض جدًا، مما يساعد على تحديد معدل انتشار الأيونات. كما أنه يتمتع بكثافة تيار تبادل جيدة، وهي معدل اختزال الأيونات عند الأنود. ونتيجة لذلك، يؤدي التضافر بين هذين العاملين إلى شحن سريع وتخزين طويل الأمد.
فيما أضاف آرتشر “يُعد الابتكار الرئيسي هو اكتشافنا لمبدأ تصميم يسمح لأيونات المعادن عند أنود البطارية بالتحرك بحرية، والعثور على التكوين الصحيح، بالإضافة إلى المشاركة بعد ذلك فقط في تفاعل تخزين الشحنة”. “لتكون النتيجة النهائية أن القطب يكون في حالة مستقرة شكليًا مع كل دورة شحن. وهذا هو بالضبط ما يعطي بطارياتنا الجديدة القدرة على الشحن والتفريغ بشكل متكرر لأكثر من آلاف الدورات.”
كما يقترح الباحث أن دمج هذه التقنية مع شواحن لاسلكية تستند إلى الحث الكهرومغناطيسي يمكن أن يساعد في تقليل حجم حزم البطاريات المطلوبة في المركبات، وبالتالي تقليل التكاليف أيضًا.
وفي النهاية مع ذلك، ثمة عقبة نحتاج إلى تجاوزها. تتمثل في كون الإنديوم معدن ثقيل جدًا وقد لا يكون مناسبًا لصنع حزم البطاريات. لكن يعمل الفريق الآن على اكتشاف مواد أخرى خفيفة الوزن يمكن أن تؤدي الدور نفسه الذي يقوم به الإنديوم.
