نجح المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في تطوير طريقة تعمل على تقليل استخدام الفلور في بطاريات الليثيوم المعدنية بشكل كبير، مما يؤدي إلى مضاعفة سعة تخزين الطاقة مع تعزيز السلامة والود البيئي.
أزمة البطاريات الليثيوم المعدنية
تعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية من أبرز المنافسين للجيل المقبل من البطاريات عالية الطاقة، إذ توفر ضعف سعة التخزين لكل وحدة حجم مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الشائعة، ويعني هذا التطور أن السيارات الكهربائية يمكنها قطع مسافات أطول بشحنة واحدة، كما يمكن للهواتف الذكية العمل لفترات أطول قبل الحاجة إلى إعادة الشحن.
كانت بطاريات الليثيوم المعدنية الحالية تعاني من عيب كبير، هو أن تعاني بطاريات الليثيوم المعدنية حاليًا من عيب كبير: الإلكتروليت السائل المستخدم فيها يتطلب إضافة كميات كبيرة من المذيبات والأملاح المفلورة، مما يزيد من التأثير البيئي السلبي، فبدون الفلور، تصبح هذه البطاريات غير مستقرة، وتتوقف عن العمل بعد دورات شحن قليلة، وتكون عرضة للدوائر القصيرة وارتفاع درجة الحرارة والاشتعال.
طبقة حماية مستقرة تزيد من سلامة البطارية وكفاءتها
قادت ماريا لوكاتسكايا، أستاذة أنظمة الطاقة الكهروكيميائية في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا، فريقًا بحثيًا طور طريقة جديدة تقلل بشكل كبير من كمية الفلور المطلوبة في بطاريات الليثيوم المعدنية، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئة وأكثر استقرارًا، بالإضافة إلى كونها أكثر فعالية من حيث التكلفة.
وقالت ماريا لوكاتسكايا إن المركبات المفلورة في الإلكتروليتات دورًا حيويًا في تكوين طبقة واقية حول الليثيوم المعدني عند القطب السالب للبطارية، موضحة أنه يمكن مقارنة هذه الطبقة الواقية بمينا الأسنان، فهي تحمي الليثيوم المعدني من التفاعل المستمر مع مكونات الإلكتروليت.
وأوضح ناثان هونج، طالب الدكتوراه في المعهد أن الطريقة الجديدة التي طورتها المجموعة البحثية تستخدم الجذب الكهروستاتيكي لتحقيق التفاعل المطلوب، حيث تعمل الجزيئات المفلورة المشحونة كهربائيًا كمركبة لنقل الفلور إلى الطبقة الواقية.
وأشار هونج إلى أن هذا الابتكار يسمح باستخدام 0.1 % فقط من وزن الفلور في الإلكتروليت السائل، أي أقل بنحو 20 مرة مقارنة بالدراسات السابقة.
المزيد من التطوير
تقدمت المجموعة البحثية بطلب للحصول على براءة اختراع، وأكدت أن الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي إمكانية دمجها بسلاسة في عملية إنتاج البطاريات الحالية دون توليد تكاليف إضافية لتغيير خطوط وإعدادات الإنتاج.
وأوضحت المجموعة البحثية أن البطاريات المستخدمة في المختبر كانت بحجم العملة المعدنية، وفي الخطوة التالية يخطط الباحثون لاختبار قابلية توسيع الطريقة وتطبيقها على الخلايا الجيبية المستخدمة في الهواتف الذكية.
المصدر:
