ابتكار ثوري في بطارية الليثيوم أيون يمكن من شحن المركبات الكهربائية في أٌقل من ست دقائق بنسبة 60٪
تعد طول الوقت اللازم لشحن السيارات الكهربائية أحد أهم المعوقات لانتشار هذا النوع من المركبات الكهربائية كونها تشكل صعوبة للكثيرين الذين اعتادوا على ملء خزان الوقود لمركباتهم في فترة قصيرة جدا. ولذلك تركز العديد من الدراسات في مجال بطاريات الليثيوم أيون Li-Ion للسيارات الكهربائية على تسريع وقت الشحن و تحسين كثافة الطاقة.
ولهذا قام فريق من الباحثين من مؤسسات بحثية مختلفة في الصين بزيادة سرعة شحن بطارية أيونات الليثيوم عن طريق إضافة طلاء نحاسي وأسلاك نانوية إلى الأنود ليكون من الممكن شحن البطاريات بنسبة 0-60 ٪ في أقل من ست دقائق
كان المنطلق لهذا المشروع البحثي هو أن إحدى المشكلات الرئيسية التي تعيق التحول الواسع من المركبات التي تعمل بالغاز أو الوقود إلى تلك التي تعمل بالبطاريات (السيارات الكهربائية) هي الوقت الذي يتم استغرقه لإعادة شحن بطارية المركبة الكهربائية. فعلى سبيل المثال ، تستغرق سيارة تسلا ما يقرب ساعة لشحن بطاريتها من 40٪ إلى 80٪. ومن هنا كان المنطلق البحثي هو في كيفية ايجاد حل لتسريع وقت الشحن و عمل تعديل على البطارية لحل المشكلة.
لاحظ الباحثون أن أنود البطارية يعد أحد أهم العقبات أمام تسريع عملية الشحن. وذلك لأن معظمه مصنوع من الجرافيت وتركيبه معقد وغير مرتب ما يجعله وسيلة غير فعالة لتمرير التيار.
و للتغلب على هذه المشكلة ، أولاً بتشغيل نماذج نظرية على مستوى الجسيمات لتحسين التوزيعات المكانية للجسيمات ذات الأحجام المختلفة ومسامية القطب. ثم أخذوا ما تعلموه من النماذج لإجراء تغييرات على الأنود المصنوع من الجرافيت. وبعد ذلك قاموا بتغليف جسيمات الأنود الجرافيت بأسلاك النحاس النانوية لتنظيم الجسيمات حسب الحجم والمسامية. ثم قاموا بتسخين القطب الموجب ثم تبريده ، مما أدى إلى ضغط الخليط من الجرافيت ليصبح مادة أكثر ترتيبًا.
وبعد ذلك قاموا بتثبيت الأنود على بطارية ليثيوم أيون قياسية ثم قاموا بقياس الوقت الذي يستغرقه الشحن. فوجدوا أنهم قادرين على شحن البطارية إلى 60٪ في 5.6 دقيقة فقط و 80٪ في 11.4 دقيقة فقط. لم يسمح ذلك بشحن سريع للغاية فحسب ، بل سمح أيضًا بكثافة طاقة حجمية عالية تبلغ 701 واط لكل لتر.
تم نشر دراستهم في مجلة Science Advances.
Extremely fast-charging lithium-ion battery enabled by dual-gradient structure design
🎯 لأول مرة على مستوى الوطن العربي – فرصة تدريبية في مجال البحث والتطوير لتقنيات الطاقة المتجددة
