تقنية صينية ثورية تطيل عمر بطاريات الليثيوم لأكثر من 9000 ساعة

ابتكر علماء صينيون نظام بطاريات متطورا يُمكّن خلايا الليثيوم من العمل بأمان لآلاف الساعات، في إنجاز قد يحدث نقلة نوعية في مجال تخزين الطاقة.

وتعد بطاريات الليثيوم المعدنية من الركائز الأساسية في تطوير أنظمة الطاقة المتقدمة بفضل قدرتها العالية على تخزين الطاقة وكفاءتها في التشغيل.

ومع ذلك، لا تزال الإلكتروليتات السائلة المستخدمة حاليا في هذه البطاريات تواجه تحديات كبيرة، منها التسرب والاحتراق، بالإضافة إلى نمو فروع معدنية إبرية الشكل من الليثيوم أثناء الشحن، ما يؤثر سلبا على سلامة البطارية وأدائها.

ولمعالجة هذه المشكلات، طوّر فريق من جامعة نانكاي الصينية نوعا جديدا من الإلكتروليتات يعتمد على الأميدات المفلورة، مستندا إلى فئة حديثة تعرف باسم إلكتروليتات الهلام الأيوتكتيكي العميق (DEGEs)، المعروفة بقدرتها العالية على توصيل الشحنات واستقرارها الحراري الممتاز. (الأميدات المفلورة: مركبات كيميائية عضوية تحتوي على مجموعة الأميد (–CONH–) تكون مرتبطة بذرات فلور في سلاسلها الجزيئية. هذه الفلورة تمنح المركب خصائص فريدة تساعد على تحسين أدائه في تطبيقات معينة، مثل الإلكتروليتات للبطاريات).

وفي دراستهم التي نشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، استخدم العلماء مادة "2,2,2-trifluoro-N-methylacetamide" (أميد مفلور عضوي) لتصميم نظام بطارية أكثر استقرارا وكفاءة.

وأظهرت النتائج أن الإلكتروليت الجديد يمنع تكوّن الفروع الإبرية لليثيوم، التي تعد من أهم أسباب تدهور البطاريات التقليدية.

وكشف الفريق أن الخلايا المزودة بهذا النظام الجديد استمرت في العمل بثبات لأكثر من 9000 ساعة، واحتفظت بأكثر من 80% من سعتها الأصلية بعد 2500 دورة شحن.

كما حافظت على أدائها حتى في درجات حرارة مرتفعة بلغت نحو 80 درجة مئوية لمدة وصلت إلى 300 دورة تشغيل، وهو إنجاز نادر في بطاريات الليثيوم المعدنية.

وأوضح تيانفي ليو، أحد معدي الدراسة من جامعة نانكاي، أن هذا الابتكار يبرز كيف يمكن للتصميم الجزيئي الدقيق معالجة تحديات متعددة في تطوير بطاريات الليثيوم المعدنية في آن واحد.

وقال: "من خلال إدخال مجموعات مفلورة في إلكتروليتات DEGE، تمكّنا من تعزيز استقرار الواجهة بين الأقطاب وتحسين متانة الدورة والسلامة الحرارية في الوقت نفسه".

وأضاف كاي تشانغ، أحد المشاركين في البحث: "تجسّد هذه الاستراتيجية التوازن بين الكيمياء الأساسية ومتطلبات الأداء الواقعي، وتشكل نموذجا لتصميم الإلكتروليتات عالية الكفاءة في الجيل القادم من البطاريات".

ويؤكد العلماء أن هذا التقدم العلمي يعد خطوة مهمة نحو تحقيق أنظمة طاقة مستدامة وآمنة تدعم التحول العالمي نحو مصادر الطاقة النظيفة.

المصدر: إندبندنت