وصل عدد السيارات الجديدة المسجلة في كوريا الجنوبية إلى ما يزيد على 100,000 سيارة في العام الماضي فقط، وقد سجلت النرويج أرقامًا كهذه أيضًا.
إن المواد الأساسية التي تحدد مدة عمل البطارية في السيارة الكهربائية وسرعة شحنها هي المواد التي يُصنع منها الأنود أو المصعد.
يعمل القائمون في قطاع تصنيع البطاريات في كوريا الجنوبية على إيجاد طرق مبتكرة لزيادة سعة بطاريات السيارات الكهربائية بواسطة تقنيات جديدة أو مواد أخرى يُصنع منها الأنود.
لكن، ماذا لو تخلينا عن مواد الأنود كليًا؟
فريق بحث من جامعة POSTECH، يقوده الأستاذ الجامعي سوجين بارك ومرشح أطروحة الدكتوراه سونغجين شو من قسم الكيمياء بالتعاون مع الأستاذ دونغ-هوا سيو والدكتور دونغ يون كيم من قسم هندسة الطاقة والكيمياء في مؤسسة أولسان للعلوم والتكنولوجيا (UNISIT)، طوّر بطاريات ليثيوم دون أنود تعمل فترات طويلة خلال دورة شحن واحدة.
لهذه البطارية الجديدة عديمة الأنود كثافة طاقة حجمية تصل إلى 977 واط.ساعة/لتر، وهي تزيد عن الكثافة الموجودة في البطاريات العادية (700 واط.ساعة/لتر) بنسبة 40%. تكفي هذه البطارية الجديدة لتقطع سيارة كهربائية 630 كيلومترًا خلال دورة شحن واحدة.
في الأحوال العادية، تطرأ على المواد المكونة للأنود في البطارية تغيرات في البنية عند تدفق أيونات الليثيوم من وإلى الكاثود خلال دورات الشحن والاستعمال. هذا هو السبب الرئيس لانخفاض سعة البطارية مع الوقت. افترض الباحثون أنه لو أمكن شحن البطارية وتفريغها للشحن باستخدام المجمع الموجود في الأنود فقط دون الحاجة إلى مواد أخرى، فعندها من الممكن زيادة سعة البطارية بزيادة كثافة الطاقة.
لكن، هذا التطبيق يُسبب مشكلة خطيرة، إذ يؤدي عدم وجود جزء خاص بتخزين أيونات الليثيوم في المصعد إلى زيادة الكثافة الحجمية فيه زيادة كبيرة، ما يؤدي إلى تقليل عمر البطارية.
لحل هذه المشكلة، نجح فريق البحث في في تطوير هذه البطارية الجديدة بإضافة وسط ناقل للأيونات مع السائل ذي الأساس الكربوني المتأين شائع الاستخدام.
يُفيد الوسط المضاف بتشكل طبقة تحمي المصعد وتُقلل زيادة حجم الطاقة فيه.
تُظهر الدراسة أن البطارية حافظت على سعة مرتفعة حوالي 4.2 mAh cm-2، وكثافة شحنة مرتفعة وصلت إلى 2.1 mAh cm-2 فترة طويلة عند وضعها في السائل الأساسي الكربوني المتأين. قد أثبت الباحثون أيضًا أن هذه الأوساط المتفاعلة تُخزن الليثيوم.
بالإضافة إلى ما سبق، ما يجذب المزيد من الاهتمام لهذا الاختراع هو تمكن الفريق بنجاح من تجريب البطارية وحيدة القطب في سائل متأين فيه أساس كبريتيد وأساس الأرجيروديت. من المتوقع أن تُسرع هذه البطارية من بيع البطاريات غير المتفجرة في الأسواق، والسبب يعود لسعتها الكبيرة التي تسمح لها بالعمل فترات طويلة.
نُشرت الدراسة مؤخرًا في مجلة Advanced Functional Materials ومُوّلت من مشروع The Alchemist.
المصدر: “ساينس ديلي” – ترجمة: ibelieveinsci
