بطاريات الليثيوم: التكنولوجيا الجديدة تجعلها أكثر أمانًا وأسرع 10 مرات

يمكن تحسين أداء بطاريات الليثيوم بشكل كبير بفضل هذا الاكتشاف. ابتكر باحثون في جامعة تكساس إيه آند إم تقنية جديدة يمكن أن تقلل من خطر ارتفاع درجة حرارة بطاريات الليثيوم. والنتيجة هي أوقات إعادة شحن أسرع بكثير ومخاطر انفجار الأجهزة تقترب من الصفر.

هذا ليس سرا. البطاريات الليثيوممن هواتفنا الذكية الحاليةالميل إلى ارتفاع درجة الحرارة. في معظم الحالات، يؤدي قصر الدائرة الداخلية إلى ارتفاع حرارة البطارية وبالتالي ارتفاع حرارة الجهاز.بعض الحالات تتحول للأسف إلى مأساة. في أكتوبر 2019،فقدت مراهقة حياتها بعد أن انفجر هاتفها الذكي أثناء الشحن. وبعد ذلك بقليل في فرنسا، تم إجبار سينما تولوزلإجلاء عملائها بسبب حريق سببه هاتف ذكي.

فقط الباحثون فيجامعة تكساس ايه اند ام(الولايات المتحدة) يبدو أنها وجدت حلاً لهذه المشكلةمشاكل متعددة مع بطاريات الليثيوم. شكرا لتكامل أنابيب الكربون النانويةفي الأنود (ملاحظة المحرر: القطب الذي يدخل فيه التيار) أبطارية الليثيوم المعدنيةونجح هؤلاء العلماء في صنع نموذجأكثر أمانًا وأسرعمن الإصدارات الحالية.

ووفقا للباحثين، فإن البنية الجديدة لهذا الأنود ستسمح بذلكزيادة سرعة الشحن بشكل ملحوظ. "تمنع هذه البنية الجديدة تراكم الليثيوم خارج الأنود، والذي يمكن أن يسبب مع مرور الوقت اتصالاً غير مقصود بين محتويات حجرتي البطارية، وهو أحد الأسباب الرئيسية لـ “انفجار الأجهزة”.يوضح جوران نوه، طالب علوم المواد الملحق بمختبر البروفيسور تشونغهو يو، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية.

إقرأ أيضاً:يمكن لبطاريات الليثيوم والكبريت أن تطيل عمر بطارية الهاتف الذكي إلى 5 أيام

الخطوة الأولى: من الليثيوم إلى المعدن النقي

يجب تقديم بعض التوضيحات قبل المتابعة. عندما يتم شحن بطارية الليثيوم وتفريغها، يتم نقل أيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا بين الكاثود والأنود. وفي الغالبية العظمى من الحالات،الأنود مصنوع من الجرانيت والنحاس. فقط استخدام هذه المواد يشكل مشكلة.

في بعض الأحيان لا تترسب أيونات الليثيوم بشكل موحد على سطح الأنود، ولكنبل تشكل مجموعات. وتسمى هذه المجموعاتالتشعبات. بمرور الوقت، تتطور هذه التشعبات وتنمو وتنموفي نهاية المطاف اختراق الموادالذي يفصل بين حجرتي البطارية. ثم يتسبب هذا الانتهاكدائرة المحكمة، وقد يؤدي إلى اشتعال النار في الجهاز.

بالإضافة إلى،يؤثر نمو التشعبات بشكل كبير على أداء البطاريةعن طريق استهلاك أيونات الليثيوم التي لم تعد متوفرة لتوليد الطاقة. ومع ذلك، وفقا لجوران نوح،استخدام أنود معدن الليثيوميسمح بالحصول على كثافة طاقة أعلى بكثير، وبالتالي يقدمسعة أكبر 10 مراتلتلك البطارية التقليدية.

إقرأ أيضاً:عمر بطارية الهاتف الذكي آخذ في الانخفاض – لماذا تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى حدودها القصوى

الخطوة الثانية: حل مشكلة التغصنات

في حين أن أنودات معدن الليثيوم تضمن بالتأكيد أداءً أفضل،هم أيضا مهددون بالتشعبات. ولوضع حد لذلك، صمم جورا نوه ومعاونوهالأنودات بمواد خفيفة للغايةوموصلة للغاية تسمىأنابيب الكربون النانوية. تحتوي هذه الأنابيب الكربونية النانوية، المرتبة على شكل سقالة، على مساحات يمكن أن تترسب فيها أيونات الليثيوم. لربط هذه الأيونات على سطح الأنود،وأضاف الباحثون جزيئات الرابط.

ومع ذلك، فإن أنابيب الكربون النانوية لم ترتبط بشكل صحيح بأيونات الليثيوم. وبعد عدة تعديلات، وجد الباحثون الصيغة المعجزة. شكرا لتكامل كمية معتدلة من جزيئات الربطكان تكوين التشعبات مستحيلاً وكانت كمية الأيونات التي يمكن أن ترتبط بسطح الأنود أكبر بكثير.

نتيجة،تمت زيادة سعة البطارية واختفيت مشاكل ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الأداء المرتبط بالتشعبات. "لقد كان بناء أنودات معدن الليثيوم الآمنة وذات العمر الطويل تحديًا علميًا لعقود عديدة. لقد تغلبت الأنودات التي طورناها على هذه العقبات وهي خطوة أولى مهمة نحو التطبيقات التجارية لبطاريات الليثيوم المعدنية.

مصدر :تكساس ايه اند ام اليوم