وفقًا للأبحاث الجديدة فإن طلاء البطارية بطبقة رقيقة للغاية من بورات-كربونات الليثيوم قد يؤدي إلى زيادة معدلات الشحن بنسبة 500% عند انخفاض درجات الحرارة إلى أقل من درجة التجمد. على هذا، تشير الأبحاث إلى إمكانية شحن السيارات الكهربائية بنسبة 500% أسرع في الطقس البارد بفضل عملية تصنيع جديدة.
في دراسة جديدة نُشرت في 17 مارس في مجلة جول Joule أوضح العلماء كيف يمكنهم تحسين معدلات شحن بطاريات الليثيوم أيون بصورة ملحوظة في درجات حرارة منخفضة تصل (-10 درجات مئوية) من خلال تعديل التصميم الهيكلي للبطارية وتغيير التفاعلات الكيميائية التي تحدث في أثناء الشحن.
بحسب بيان نيل داسجوبتا مؤلف الدراسة والأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد بجامعة ميشيغان: «حقق الباحثون شحن سريع في وقت واحد في درجات حرارة منخفضة دون الاستغناء عن كثافة الطاقة لبطارية الليثيوم أيون».
على هذا، فإن درجات الحرارة الباردة تحد من معدلات الشحن وتقلل من كفاءة الطاقة الإجمالية لبطاريات السيارات الكهربائية بسبب العمليات الكيميائية التي تحدث في أثناء الشحن. في حين تعمل البطاريات من خلال نقل أيونات الليثيوم بين لوحي قطبين كهربائيين داخل محلول كهرل سائل.
تكون هذه العملية فعالة في درجات الحرارة الأكثر دفئًا، لكن في الظروف الأكثر برودة، تزداد ثخانة سائل الكهرل، ما يقلل التيارات الكهربائية ويطيل مدة الشحن.
عالج المصنعون هذه المشكلة بعدة طرق، بما في ذلك زيادة ثخانة الأقطاب الكهربائية المستخدمة في خلايا البطارية أو من خلال تعديل بنية البطارية نفسها، لكن هذه الخطوات فاقمت المشكلة؛ إذ أظهرت دراسة أجريت في عام 2023 عن كفاءة بطارية الليثيوم أيون أن التغييرات في تكوين الكهارل أعاقت قدرات الشحن السريع للسيارات الكهربائية.
ابتكار الباحثين مسارات جديدة للأيونات
في دراسة سابقة نُشرت في عام 2020، ابتكر الباحثون ما وصفوه بمسارات جديدة في الأنود أو ما يعرف بالقطب الكهربائي الذي يستقبل أيونات الليثيوم في أثناء الشحن ويرسل الإلكترونات إلى الكاثود أي القطب السالب في الطرف المقابل.
لإنشاء هذه المسارات، استخدم الباحثون أشعة الليزر لعمل ثقوب في طبقات الجرافيت في الأنود، ما مكن أيونات الليثيوم من التحرك بسرعة، ما يعني أنها قد تدمج نفسها بسرعة داخل القطب.
سرّع المشروع السابق أوقات شحن السيارات الكهربائية، لكن في ظروف الطقس البارد تسبب في تراكم الليثيوم على الأنود. منع هذا الطلاء القطب من التفاعل مع سائل الكهرل.
قال مانوج جانجيد، الباحث المشارك في الدراسة وزميل الأبحاث الأول في جامعة ميشيغان، لموقع لايف ساينس: «يمنع هذا الطلاء شحن القطب بالكامل، ما يقلل مرة أخرى من سعة طاقة البطارية».
على هذا، غلف الباحثون في الدراسة الجديدة البطارية بمادة تبلغ ثخانتها 20 نانومتر تتكون من كربونات بورات الليثيوم لمنع تشكل هذه الطبقة. في حين أظهرت الأبحاث السابقة التي أجريت على بطاريات الحالة الصلبة أن هذه المادة حسنت كفاءة توصيل الأيونات.
أفاد الباحثون أنه في هذه الحالة أدى الطلاء بالتزامن مع تقنية المسارات إلى زيادة بنسبة 500% في كفاءة الشحن في درجات حرارة دون الصفر. إضافة إلى ذلك، احتفظت البطاريات المعدلة باستخدام هذه التقنيات بنسبة 97% من سعتها، حتى عند شحنها بسرعة تصل إلى 100 مرة في درجات حرارة دون الصفر.
بالرغم من محدودية نطاق الدراسة، صرّح داسجوبتا بأن التغييرات سهلة التنفيذ على مستوى التصنيع، وقد تكون آثارها واسعة النطاق. أضاف داسجوبتا: «نتوقع تبني مصنعو بطاريات السيارات الكهربائية هذا النهج من دون الحاجة إلى تغييرات كبيرة في المصانع الحالية».
اقرأ أيضًا:
هل يمكن لصانعي السيارات الكهربائية اللحاق بشركة تسلا؟
السيارات الكهربائية والسيارات التقليدية: أيهما أطول عمرًا؟
ترجمة: ماسه فؤاد كريم
تدقيق: ريمي سليمان
