تطوير بطاريات ليثيوم معدنية تتفوق على تيسلا

طوّر علماء صينيون بطاريات ليثيوم معدنية ذات كثافة طاقة عالية؛ ما يؤهلها إلى أن تَحِل محل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية في المركبات الكهربائية بفضل طول عمرها التشغيلي.

وتزيد كثافة الطاقة في البطاريات الجديدة على نظيراتها التي تحمل علامة تيسلا، مصنعة السيارات الكهربائية الأميركية، وفق أحدث متابعات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وتأتي البطاريات الجديدة في الوقت الذي ينمو فيه الطلب على البطاريات عالية السعة التي تدوم لمدة طويلة في المركبات الكهربائية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والروبوتات.

وما تزال كثافة الطاقة عاملًا حاسمًا في زيادة العمر التشغيلي للبطارية؛ غير أن زيادة تلك الكثافة ما تزال تنطوي على تحديات تقنية عديدة.

وعلى الرغم من أن بطاريات الليثيوم المعدنية توفر إمكانات أكبر بكثير من بدائل الليثيوم أيون، فإن تطويرها طالما اصطدم بعقبات نتيجة قيود في تصميم الإلكتروليت، وهي المادة الحاملة للشحنة الكهربائية عندما تذوب في الماء أو أي سائل آخر (الأيونات).

غير أن الباحثين تغلّبوا على تلك المعضلة عبر تقديم "إلكتروليت غير موضعي" جديد يحسّن هياكل الإذابة، من أجل رفع كفاءة الأداء التشغيلي وعُمْر البطارية.

التفوّق على تيسلا

لدى بطاريات الليثيوم المعدنية الجديدة قدرات تخزين الكهرباء تزيد بمعدل الضعف على بطارية السيارات الكهربائية الأكثر تطورًا من تيسلا، والبالغة قدرتها 300 واط/ساعة/كيلوغرام.

وتزيد كثافة طاقة البطارية المطورة بوساطة الباحثين في جامعة تيانجين الصينية على 600 واط/ساعة/كيلوغرام، وفق أرقام اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

وتحدّد كثافة الطاقة كمية الكهرباء المخزنة في جهاز؛ وكلما كانت كثافة الطاقة أعلى، كانت البطارية أصغر حجمًا وأخف وزنًا.

وتتمتع بطاريات الليثيوم المعدنية بكثافة طاقة عالية نظريًا مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية؛ إذ يمكنها تخزين كهرباء تفوق بطاريات الثانية بـ10 أضعاف، وهي تُعد حلًا واعدًا من الجيل التالي.

كما تزيد قدرة بطارية الليثيوم المعدنية على بطارية بليد (Blade) التي تحمل علامة "بي واي دي" الصينية، والبالغة قدرتها 150 واط/ساعة/كيلوغرام.

وتمثّل نتائج الدراسة المنشورة في دورية "نيتشر" تحسنًا بنسبة تتراوح بين 200 و300% في كثافة الطاقة والقدرة على التحمل لبطاريات الليثيوم المعدنية الحالية، وفق أرقام رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

آلية التقنية

تعتمد الإلكتروليتات في بطاريات الليثيوم عادةً على هياكل المذيبات والترتيبات المنظمة لجزئيات المذيب حول أيونات الليثيوم؛ ما يمكن أن يضع عقبات أمام الأداء الفاعل لتلك الوحدات.

وعلى الرغم من أن هذا الترتيب يُسهم في تحقيق استقرار أيونات الليثيوم، فإنه يعرقل الترسب السريع والموحد في أثناء الشحن والاستعمال.

ومن الممكن أن تحِد مثل تلك الهياكل من العمر التشغيلي للبطارية وسلامتها وكثافة الطاقة الخاصة بها؛ ما يفرض تحديًا كبيرًا أمام استعمال تلك التقنية على نطاق واسع.

وقال معدو الدراسة: "التطبيقات العملية لتقنية بطاريات الليثيوم المعدنية تقيدها تصميمات الإلكتروليت التي تعتمد بدرجة كبيرة على هياكل المذيبات المهيمنة".

وبالنسبة إلى بطارية الليثيوم المعدنية، أعاد الباحثون تصور الليثيوم أيون؛ متغلبين على قيود تصميمات الإلكتروليت الحالية.

فقد طوّر الباحثون "إلكتروليتًا غير موضعي مع بيئة إذابة أكثر اضطرابًا وغير موضعية؛ ما يقلل الحواجز أمام نقل الأيونات ويسمح باستقرار أفضل، وهما عاملان حاسمان في كفاءة أداء البطارية وعُمْرها التشغيلي".

ويمتلك تصميم الإلكتروليت الجديد بيئة أكثر تنوعًا تتيح ديناميكيات أيونات ليثيوم أكثر سلاسة.

وحينما اختبر العلماء هذا الإلكتروليت في خلايا الليثيوم المعدنية عالية السعة؛ فإنه أتاح سعة طاقة غير مسبوقة تصل إلى 604.2 واط/ساعة/كيلوغرام، مع المحافظة على دورة مستقرة يزيد عددها على 100.

وتتجاوز كثافة الطاقة تلك مستهدف بكين المتضمن في خطة "صُنع في الصين 2025"، للوصول إلى قدرة 400 واط/ساعة/كيلوغرام من بطاريات المركبات الكهربائية.

يُشار إلى أن الباحثين نجحوا في تشغيل خط إنتاج تجريبي لتقنية بطاريات الليثيوم المعدنية الجديدة، واستعمالها في 3 طائرات مسيرة صغيرة محلية الصنع.

إنتاج الصين من بطاريات الليثيوم أيون

ارتفع إنتاج الصين من بطاريات الليثيوم أيون بنسبة 68% خلال المدة من يناير/كانون الثاني إلى أبريل/نيسان (2025)، ما يمثّل ارتفاعًا بنسبة 86% على أساس سنوي، وفق أرقام صادرة عن وزارة الصناعة وتقنية المعلومات الصينية.

وخلال المدة ذاتها، تجاوز إنتاج بطاريات الليثيوم أيون المخصصة للتخزين 110 غيغاواط/ساعة، في حين استقرت سعة البطاريات المركبة في سيارات الطاقة الجديدة عند 184 غيغاواط/ساعة.

كما بلغت صادرات الصين من بطاريات الليثيوم أيون 155.4 مليار يوان (نحو 21.7 مليار دولار أميركي) خلال الأشهر الـ4 الأولى من العام الحالي، ارتفاعًا بنسبة 25% على أساس سنوي، حسب الأرقام نفسها.

*(اليوان = 0.14 دولارًا أميركيًا).

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:
1.بطاريات ليثيوم معدنية مطورة بوساطة باحثين صينيين من إندبندنت، نقلًا عن دورية نيتشر.
2.إنتاج الصين من بطاريات الليثيوم أيون، من وكالة أنباء قازاخستان.