بطارية الليثيوم أيون سريعة الشحن !

طوّر فريق من المهندسين بقيادة جون جودإناف (John Goodenough) -البالغ من العمر أربعة وتسعين عامًا والأستاذ بكلية الهندسة في جامعة تكساس بأوستن وأحد مخترعي بطاريات الليثيوم أيون- طوروا أول بطارية تعتمد كلياً علي الحالة الصلبة، وقد تقودنا إلى جيل جديد من البطاريات التي تستخدم في الهواتف المحمولة، والسيارات الكهربية، ومحطات تخزين الطاقة، ويمكن إعادة شحن هذا النوع بشكل أكثر أماناً، وأكثر سرعة لتدوم فترة أكبر!

آخر ابتكارات جودإناف بالتعاون مع ماريا هيلينا براجا (Maria Helena Braga) -الباحثة في كلية كوكريل الهندسية- بطاريةٌ مبنية كاملا من مواد صلبة رخيصة الثمن، وتتميز بعدم قابليتها للإشتعال، فضلاً عن عمر افتراضي أطول، وكثافة كهربية عالية، ومعدلات شحن أسرع.

يقول جودإناف:
“التكلفة، والأمان، والكثافة الكهربية، ومعدلات الشحن والتفريغ، والعمر الافتراضي للبطارية، هي عوامل شديدة التأثير على انتشار السيارات التي تعمل بالبطاريات على نطاق واسع”، وأضاف قائلاً: “نحن نؤمن أن اختراعنا يتجاوز الكثير من المشاكل المتأصلة في البطاريات المستخدمة حالياً”.

وقد أوضح الباحثون أن البطاريات الجديدة لها (ثلاثة أضعاف) الكثافة الكهربية الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون المستخدمه حالياً، كما تحدد الكثافة الكهربية لخلية البطارية المسافةَ التي تقطعها المركبة الكهربائية، ومن ثَمَّ تؤدي زيادةُ الكثافة الكهربية إلى زيادة المسافة التي تقطعها المركبة دون الحاجة إلى إعادة الشحن.

ويسمح تركيب البطارية أيضاً بعدد كبير من دورات الشحن والتفريغ، وذلك يؤدي إلي زيادة العمر الافتراضي للبطارية، بالإضافة لمعدل شحن أسرع (دقائق بدلاً من ساعات).
تعمل بطاريات الليثيوم أيون حالياً عن طريق سائل (إلكتروليت) -وهو مادة تحتوي علي أيونات حرة تشكل وسطا ناقلا للكهرباء، من خلال حركة الأيونات عبر المحلول المستخدم- على نقل أيونات الليثيوم من الكاثود (القطب السالب للبطارية) إلى الآنود (القطب الموجب للبطارية).

ولكن إذا شحنت بطارية بسرعة كبيرة فربما يؤدي ذلك إلي تكون شظايا معدنية تعبر السائل الإلكتروليتي مسببة قصرا (أو تماسا) بين قطبي البطارية بصورة غير سليمة، فتحدث السخونة، ثم الإنفجار أو الحريق للبطارية. ولذلك يعتمد الباحثون على إلكتروليت زجاجي (الصلب المصمت)، وهو لا يُحدِث أي تدهور أو تراجع، مما يعني أن البطاريات يمكن أن تظل لمئات من دورات التشغيل. وهذا النوع يمكننا من استخدام آنود من المعادن القاعدية لا يسمح بتكوين تلك الشظايا المعدنية.

يرفع استخدام الآنود -المصنوع من المعادن القاعدية (كالليثيوم أو البوتاسيوم أو الصوديوم)- من الكثافة الكهربية للكاثود، وذلك يؤدي إلي زيادة عمر البطارية. وقد صمدت البطاريات التي أجريت عليها الأبحاث لأكثر من 1200 دورة شحن وتفريغ عند مقاومة كهربية منخفضة.

بالإضافة إلى ذلك، تستطيع البطاريات ذات (الإلكتروليت الزجاجي) العمل بتوصيلية كهربية عالية عند درجات حرارة تصل إلى (20 درجة مئوية)، وهذا سيمكن بطاريات السيارات في المناطق منخفضة الحرارة من العمل بكفاءة.
وبذلك تكون أولى البطاريات ذات الحالة الصلبة تعمل تحت درجة حرارة أقل من (60 درجة مئوية).

شرعت (براجا) بتطوير إلكتروليتات الزجاج الصلب -وهذا النوع ليس به سوائل على الإطلاق، وهذا الأمر يمنع نشوء الشظايا وتكونها، على عكس الإلكتروليتات السائلة-
بالتعاون مع مساعديها، حين كانت بجامعة بورتو في البرتغال، ومنذ ما يقرب عامين، بدأت (براجا) بالعمل مع جودإناف والباحث آندروج مورشيسون (Andrew J.murchison) بجامعة تكساس بأوستن.

تقول براجا:
“إن جود-إنف استطاع التوفيق بين تركيب إلكتروليتات الزجاج الصلب وخصائصها، فنتج عن ذلك الجيل الجديد من الإلكتروليتات الذي حاز على براءة الاختراع من مكتب التسويق التكنولوجي بجامعة تكساس.

تمكّن الإلكتروليتات الزجاجية المهندسين من طلاء وتقشير (كشط) المعادن القاعدية لكلٍ من الكاثود و الآنود بدون تكون شظايا للمعدن، وهذا يسهل عملية التصنيع. وثمة ميزة أخرى، وهي أنه يمكّن أيضاً من صناعة البطاريات من مواد صديقة للبيئة.

تقول براجا:
“يمكّننا الإلكتروليت الزجاجي من استخدام بدائل منخفضة التكلفة، كالليثيوم والصوديوم الذي يستخرج بسهولة من ماء البحر”.
يعمل جود-إنف بالتعاون مع براجا حالياً على تطوير الأبحاث ذات الصلة بالبطاريات، بالإضافة إلى العديد من براءات الاختراع، ويأملان أن يتعاونا في المستقبل القريب مع مصنعي البطاريات للتطوير واختبار البطاريات الجديدة في المركبات الكهربائية وأجهزة الشحن.

وبالحديث عن هذا الموضوع لابد أن نشير إلى #العالم المغربي (رشيد اليزمي)، فهو من فجّر ثورة بطاريات الهواتف، وقد برز اسمه إثر تصنيفه ضمن أهم عشر شخصيات مسلمة في عام 2015، وذلك نظراً لإنجازاته العلمية الكبيرة، وقد اخترع (اليزمي) شريحة من الليثيوم تعتبر اليوم من مكونات بطاريات الهواتف النقالة الأساسية.
ولا نرى أن الاعتراف بإختراعه قد أتى متأخراً، وإنما طبيعة البحث العلمي عادة ما تأتي بنتائجها الإيجابية على صاحبها بعد سنوات، فقد حصل اليزمي في عام 2014 على جائزة (الأكاديمية الوطنية للمهندسين) الأمريكية، والتي تعادل جائزة نوبل بالنسبة للمهندسين!

#الباحثون_المسلمون
___________

المصدر