مضاعفة طاقة البطارية في الالكترونيات الاستهلاكية

تاريخ النشر : 05/10/2018 التعليقات :0 الاعجابات :0 المشاهدات :513

%d9%85%d8%b6%d8%a7%d8%b9%d9%81%d8%a9-%d8%b7%d8%a7%d9%82%d8%a9-%d8%a7%d9%84%d8%a8%d8%b7%d8%a7%d8%b1%d9%8a%d8%a9-%d9%81%d9%8a-%d8%a7%d9%84%d8%a7%d9%84%d9%83%d8%aa%d8%b1%d9%88%d9%86%d9%8a%d8%a7%d8%aa

بطاريات معدن الليثيوم الجديدة يمكن أن تزيد من طاقة الهواتف الذكية، والطائرات بدون طيار، والسيارات الكهربائية إلى الضعف.

ثورة جديدة في مجال صنع البطاريات أنتجت بطارية ليثيوم يمكن أن تعمل بنفس أو ضعف كفاءة البطاريات الحالية مع إمكانية صنعها بنصف الحجم. سيُحدث هذا الاختراع ثورة في مجالات عدة مثل الهواتف الذكية والطائرات التي تعمل بدون طيار.

معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتدوير يستعد لتسويق بطارية معدن الليثيوم الجديدة القابلة لإعادة الشحن والتي توفر ضعف قدرة الطاقة من بطاريات أيون الليثيوم التي تسيطر على العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية اليوم.
اكتُشفت في عام 2012 من قبل خريج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كيشاو هو 07، وقد وضعت أنظمة الطاقة الصلبة بطارية الليثيوم المعدنية “الخالية من الأنود” مع العديد من التطورات المادية التي تجعلها تملك ضعف كثافة الطاقة ولكنها آمنة و طويلة الأمد مثل بطاريات الليثيوم المستخدمة في الهواتف الذكية، السيارات الكهربائية، الأجهزة القابلة للارتداء، طائرات بدون طيار، وغيرها من الأجهزة.

“مع ضعف كثافة الطاقة، يمكننا أن نجعل البطارية بنصف الحجم، لتدوم بنفس المقدار من الوقت مثل بطارية الليثيوم , أو يمكننا أن نجعل البطارية بنفس حجم بطارية الليثيوم ، ولكن تستمر ضعف المدة “، كما يقول مخترعه الذي شارك في اختراع البطارية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهو الآن الرئيس التنفيذي لشركة الطاقة الصلبة.

البطارية مبادلة أساسًا من مادة مشتركة مع بطارية الأنود، الجرافيت، رقيقة جدًا وتمتلك طاقة عالية رقائق الليثيوم المعدنية، والتي يمكن أن تعقد المزيد من الأيونات، وبالتالي توفير المزيد من الطاقة الإنتاجية. التعديلات الكيميائية في الإلكتروليت أيضًا كأن تكون قصيرة -طويلة تجعل بطارية الليثيوم متقلبة في اعادة الشحن وأكثر أمانًا للاستخدام. وعلاوة على ذلك، يتم صنع البطاريات باستخدام معدات التصنيع الليثيوم الحالية مما يجعلها قابلة للتطوير.

في (تشرين الأول) أكتوبر عام 2015، أظهرت الطاقة الصلبة أول نموذج عمل في بطارية الهاتف الذكي من معدن الليثيوم قابلة لإعادة الشحن مع كثافة الطاقة المزدوجة، التي حصل عليها أكثر من 12 مليون $ من المستثمرين. في نصف حجم بطارية الليثيوم المستخدمة في آي فون 6، فإنه يوفر 2.0 أمبير ساعة، بالمقارنة مع ساعات أمبير بطارية الليثيوم أيون 1.8.

شركة الطاقة الصلبة تخطط لإيصال بطاريات الهواتف الذكية والأجهزة قابلة للارتداء في أوائل عام 2017، وإلى السيارات الكهربائية في عام 2018. ولكن الطلب الأول سيكون للطائرات التي تعمل بدون طيار القادمة في شهر نوفمبر المقبل. “العديد من العملاء يستخدمون الطائرات بدون طيار ومناطيد لتوفير الإنترنت المجاني إلى العالم النامي، ومسح للإغاثة من الكوارث”، كما يقول هو. واضاف “إنها تطبيق مثير جدًا و نبيل”.

وضع هذه البطاريات الجديدة في السيارات الكهربائية  يمكن أن تمثل “تأثير اجتماعي كبير”، ويقول هو: “معيار الصناعة هو أن السيارات الكهربائية بحاجة الى الذهاب لما لا يقل عن 200 ميلًا على رسم واحد. يمكننا أن نجعل البطارية بنصف الحجم ونصف الوزن، وستقطع نفس المسافة. أو يمكن أن نصنعها بنفس الحجم الوزن وستقطع400 ميل عند شحنها مرة واحدة. ”

” التغيير والتبديل في “الكأس المقدسة” من البطاريات ”

الباحثون على مدى عقود سعوا إلى جعل بطاريات معدن الليثيوم  قابلة لإعادة الشحن، بسبب أن قدرة الطاقة أكبر، ولكن دون جدوى. “انه نوع من الكأس المقدسة للبطاريات”، كما يقول.

معدن الليثيوم يتفاعل بشكل سيئ مع  البطارية الكهربائية السائلة التي توصل الأيونات بين الكاثود (القطب الموجب) والأنود (القطب السالب) وتكوّن مركبات تزيد من المقاومة في البطارية وبالمقابل تقلل من دورة الحياة. كما يخلق هذا التفاعل مطبات معدن الليثيوم المطحلب تدعى التشعبات والتي تؤدي إلى دوائر قصيرة، وتولد الحرارة العالية التي تُشعل بالكهرباء القابلة للاشتعال، وتجعل البطاريات لا يعاد شحنها عمومًا.
التدابير المتخذة لجعل البطاريات أكثر أمانًأ تأتي على حساب أداء طاقة البطارية، مثل التحول من الكهرباء السائلة الى كهرباء البوليمر الصلبة سيئة الموصل التي يجب أن تكون ساخنة عند درجة حرارة عالية للعمل، أو مع الكهرباء غير العضوية التي تصعب بزيادة .

بينما يعمل دونالد سادواي في مرحلة ما بعد الدكتوراه مع مجموعة أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو باحث البطارية المعروف الذي طوّر العديد من بطاريات الملح المنصهر البطاريات المعدنية السائلة، ساعد هو في عمل تطورات رئيسية في بطاريات معدن الليثيوم، والتي أصبحت أساس تكنلوجيا الطاقة الصلبة.
تم استخدام أحد صفيحة  الليثيوم المعدنية للأنود في أحد الاختراعات، وهي عبارة عن خمس سمك الأنود معدن الليثيوم التقليدية، وعدة مرات أرق وأخف وزنًا من أقطاب الجرافيت، والكربون، أو السيليكون التقليدية. مما يقلص حجم البطارية إلى النصف.

ولكن لا يزال هناك نكسة كبيرة: البطارية تعمل فقط على 80 درجة مئوية أو أعلى. “كان ذلك هو ما أوقف تقدمنا” يقول هو. وأضاف “اذا كانت البطارية لا تعمل في درجة حرارة الغرفة فإن ذلك سيجعل التطبيقات التجارية محدودة.”
لذلك وضع هو حل هجين بالكهرباء الصلبة والسائلة. إنه تغليف صفيحة معدن الليثيوم مع كهرباء صلبة رقيقة لا تحتاج إلى تسخين حتى تعمل. هو أيضًا أنتج شبه الكهرباء السائلة الأيونية غير قابلة للاشتعال، ولها تعديلات كيميائية إضافية إلى فاصل وخلية تصميم لمنعه من رد فعل سلبي مع معدن الليثيوم.

وكانت النتيجة النهائية بطارية مع امتيازات الطاقة من بطاريات معدن الليثيوم ، ولكن مع مزايا السلامة وطول العمر و التي يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة. “الجمع بين الطلاء الصلب و الكفاءة العالية والمواد السائلة الأيونية كان الأساس للطاقة الصلبة في جانب التكنولوجيا”، كما يقول هو.

” نعمة متنكرة ”
على الجانب التجاري، تردد هو على مركز جين تاو مركز التوثيق مارتن لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ريادة الأعمال للحصول على معلومات قيمة من الموجهين والمستثمرين. التحق أيضًا في دورة 15.366 (مشاريع الطاقة)، ​​حيث شكل فريقًا لوضع خطة عمل حول البطارية الجديدة
وفاز فريق جائزة المركز الأول في مسابقة ريادة الأعمال معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا $ 100 ألف، وكان الدور النهائي في جائزة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الطاقة النظيفة. بعد ذلك، يمثل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في المسابقة الوطنية جائزة الطاقة النظيفة الذي عقد في البيت الأبيض.

في أواخر عام 2012، كان هو يستعد لإطلاق الطاقة الصلبة، عندما تقدمت أنظمة A123، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المعروفة من تطوير بطاريات للإفلاس. إلا أن المشهد لا يبدو جيد لشركات البطارية. “لم أكن أعتقد أنه كان مقدر لشركتي، انا فقط ظننت ان شركتي حتى لن تبدأ” يقول هو.

ولكن هذا كان نوعًا من نعمة مقنعة: من خلال الصلة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هو جين تاو، وكانت الطاقة الصلبة قادرة على استخدام مرافق آنذاك الفارغة A123 في والثهام التي شملت غرف جافة ونظيفة، وتصنيع المعدات لبناء النموذج. عندما تم الحصول عليها A123 من قبل المجموعة وان شيانغ في عام 2013، وقعت الصلبة للطاقة اتفاقية تعاون لمواصلة استخدام الموارد A123 .

في A123، اضطرت الطاقة الصلبة لبناء النموذج مع المعدات الموجودة ليثيوم التصنيع ، في نهاية المطاف، قاد بدء التشغيل لتصميم الابتكار، ولكن عملية تجارة شركات البطارية مع الابتكارات المواد الجديدة وغالبًا ما تضع عمليات تصنيع جديدة حول المواد الجديدة، والتي هي غير عملي، وأحيانا قابلة للتطوير لا، يقول هو. واضاف “لكن اضطررنا إلى استخدام المواد التي يمكن تنفيذها في خط التصنيع القائم” كما يقول. ” بدءًا من هذا العالم الحقيقي تصنيع منظور وبناء البطاريات في العالم الحقيقي، كنا قادرين على فهم ما هي المواد عملت في تلك العمليات، ومن ثم العمل الوراء لتصميم مواد جديدة.”

بعد ثلاث سنوات من تقاسم مساحة A123 في والثهام، اطلقت الطاقة الصلبة هذا الشهر مقرها إلى العلامة التجارية الجديدة، منشاة مرفق فن طيران تجريبي في برن هذا 10 مرات أكبر و “يتسع جناحي طائرة بوينغ 747″، كما يقول هو مع أهداف تكثيف إنتاج لإطلاقة نوفمبر.

 

 

الترجمة : أسامة أحمد خوجلي
المراجعة: فاطمة فودة

 

المصدر

Massachusetts Institute of Technology


شاركنا رأيك طباعة