لقد تعلم المهندسون الكيميائيون المزيد عن طبيعة بطاريات ايون الليثيوم التي يمكن أن تؤدي إلى إعادة شحن البطاريات بشكل أسرع من ذي قبل.

ربما يكون أكثر القيود المحبطة لامتلاك سيارة كهربائية بالكامل هو المدة التي يستغرقها شحن البطارية بالكامل. بالنسبة لسيارة Tesla، على سبيل المثال، يستغرق شحنها حتى 80٪ من السعة حوالي 40 دقيقة باستخدام أقوى محطة شحن.

لطالما اعتقد العلماء أن قوانين الفيزياء تحد من السرعة التي يمكنك بها إعادة شحن البطارية بأمان، لكن بحثًا جديدًا أجراه الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية بجامعة يوتا تاو جاو فتح الباب لإنشاء بطارية يمكن إعادة شحنها في جزء بسيط من الوقت.

تم تفصيل بحث جاو في ورقة بحثية جديدة نُشرت في المجلة العلمية جول. أجريت الدراسة عندما كان جاو باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تحت إشراف أستاذ الهندسة الكيميائية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مارتن زد بازانت. يجري جاو الآن هذا البحث في جامعة يوتا حيث يعمل على تطوير بطاريات ايون ليثيوم متقدمة قادرة على الشحن السريع.

يقول جاو: “يضع هذا الفهم الأساس للعمل الهندسي المستقبلي اللازم لمواجهة هذا التحدي”. “الآن نحن نعرف إلى أين نذهب. لدينا رؤية واضحة لما يجب القيام به”.

أصبحت بطاريات ايون الليثيوم خيارًا شائعًا للإلكترونيات المحمولة والمركبات الكهربائية بالكامل نظرًا لكثافة طاقتها العالية ووزنها المنخفض وعمرها الطويل. كما أنها تستخدم في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الكهربائية المحمولة وتخزين الطاقة الشمسية.

ولكن مدى سرعة إعادة شحن بطارية ايون الليثيوم تعيقه ظاهرة تعرف باسم “طلاء الليثيوم”، وهو رد فعل جانبي يحدث عندما يتم وضع أيونات الليثيوم في جزيئات الجرافيت بسرعة كبيرة. يقارن جاو تشغيل بطارية ايون ليثيوم أبكرة بينج بونج يتم ضربها ذهابًا وإيابًا على طاولة. تنتقل الكرة، أو أيون الليثيوم، من القطب الموجب إلى القطب السالب أثناء عملية الشحن. معدل الشحن مشابه لمدى سرعة انتقال الكرة. يشرح جاو أن طلاء الليثيوم يحدث عندما يتحرك أيون الليثيوم بسرعة كبيرة وتفشل جزيئات الجرافيت في البطارية في اللحاق به. أثناء الشحن، يمكن أن يكون ذلك خطيرًا ويسبب اشتعال النيران أو انفجار البطارية، مما يحد من سرعة إعادة شحن البطاريات. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تدهور خطير في البطارية، مما يحد من عمرها.

يكشف اكتشاف جاو عن الفيزياء المهمة التي تحكم ظاهرة طلاء الليثيوم في جزيئات الجرافيت أثناء شحن البطارية وتمكن من التنبؤ بطلاء الليثيوم في تشغيل البطارية.

يقول: “لقد صممنا تجربة يمكنها تصور ما يحدث للقطب السالب أثناء الشحن. يمكننا رؤية جسيم الجرافيت – المادة الموجودة في القطب السالب – ويمكننا رؤية ما يحدث أثناء شحن البطارية في الوقت الفعلي” “الآن نحن نفهم الفيزياء. وهذا يوفر لنا الاتجاه لمعالجة هذا القيد وتحسين أداء شحن البطارية”.

يعتقد جاو أنه مع هذا الفهم الجديد، يمكن للتقنيات الجديدة أن تخلق بطارية سيارة يمكن شحنها بالكامل أسرع بخمس مرات من المعتاد، أو فيما يزيد قليلاً عن 10 دقائق، دون التعرض لخطر الخطر أو التدهور بسرعة كبيرة، كما يقول. إن الهواتف الذكية، التي تستغرق عادةً أكثر من نصف ساعة مع أسرع شاحن، يمكن أيضًا شحنها بالكامل في غضون 10 دقائق فقط.

الآن وقد اكتسب جاو وزملاؤه فهمًا أفضل للعلم وراء شحن أيونات الليثيوم، فهو يعتقد أنه يمكننا رؤية هواتف محمولة ببطاريات أفضل في أقل من ثلاث إلى خمس سنوات وعلى السيارات الكهربائية بالكامل في أقرب وقت إلى 10 سنوات.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

ترجمه: خلود خالد الزهراني

 تويتر: @2478lo0ody

مراجعة: لبنى عبد الله آل ربيع

تويتر: @astrolubna