علماء صينيون يبتكرون بطارية ليثيوم أيون خارقة

طوّر علماء صينيون بطارية ليثيوم أيون خزفية قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية، وهو إنجاز يوفر "مستوى أمان فائق" في السيارات الكهربائية

تُستخدم بطارية ليثيوم أيون على نطاق واسع في المركبات الكهربائية، بالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية والساعات والأجهزة الطبية المزروعة.

يصعب تصغير حجم هذه البطاريات إلى ما دون حد معين، كما أنها تُثير مخاوف تتعلق بالسلامة، إذ قد تتسرب محاليلها الإلكتروليتية السائلة، وقد تشتعل الأجهزة في حال تلفها.

لذا، ثمة طلب متزايد على بطاريات صغيرة الحجم، ذات كثافة طاقة عالية، وآمنة للاستخدام في البيئات القاسية.

يقول علماء من جامعة تسينغهوا الصينية إن بطاريتهم الخزفية الصغيرة من الليثيوم أيون توفر مستوى أمان فائقًا وتعمل بثبات عند درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية.

وأظهرت دراسة نُشرت في مجلة "ماتر" أن البطارية الجديدة قادرة على تحمّل الصدمات الحرارية قصيرة المدى التي تصل إلى 300 درجة مئوية دون التأثير على أدائها.

وهذه درجة حرارة أعلى بعدة درجات من بطارية الليثيوم أيون التقليدية التي تعمل بأمان ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح بين -20 درجة مئوية و60 درجة مئوية.

وأشارت الدراسة إلى أن "البطارية الجديدة توفر تشغيلًا مستقرًا وخاليًا من الضغط عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يوفر حلًا آمنًا ومتينًا ميكانيكيًا للطاقة للأجهزة الإلكترونية المصغّرة".

الفارق بينها وبين البطاريات التقليدية

في البطاريات التقليدية، تتحرك أيونات الليثيوم عبر إلكتروليت سائل لتوليد التيار الكهربائي، ولكن التعرض لدرجات حرارة عالية أو تلف مادي قد يؤدي إلى تسرب الإلكتروليت أو اشتعاله.

ونتيجة لذلك، يقول العلماء إن هذه البطاريات "تفتقر إلى الأمان والمتانة الحرارية"، وأشار الباحثون في الدراسة إلى أن "هذا يُقيّد بشدة استخدامها في التطبيقات الحيوية مثل أنظمة إنذار ومراقبة الحرائق، وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء الصناعية، ومعدات الفضاء، والتطبيقات العسكرية والدفاعية".

بالمقارنة، تستخدم خلايا الليثيوم الصلبة وسطًا صلبًا لنقل الشحنة بدلًا من الإلكتروليت السائل، مما يوفر أمانًا فائقًا، إلا أنها تُشكّل مفاضلة حاسمة بين السماكة والمتانة، إذ أن تطوير نسخ أرق منها قد يُؤثر سلبًا على سلامتها الميكانيكية.

ولتجاوز هذا التحدي، ابتكر العلماء الصينيون بطارية ليثيوم أيون دقيقة متعددة الطبقات مصنوعة بالكامل من السيراميك، مع تحسين التلامس بين الطبقات لرفع الأداء، وكانت النتيجة بطارية قابلة للتكديس، يمكن تعديل طبقاتها لتناسب تطبيقات مختلفة.