كيف يمكن إعادة استخدام البطاريات بعد انتهاء عمرها الافتراضي؟
كشف باحثون من جامعة ستانفورد ومختبر التسريع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة الأمريكية عن تقنية جديدة تمكن من استعادة تنشيط بطاريات الليثيوم التي فقدت جزء كبير من سعتها وذلك باستخدام خطوة تفريغ سريعة للغاية مع إعادة توصيل جزء من الليثيوم غير النشط بالقطب الموجب. الأمر الذي يساهم في إبطاء تدهور البطارية وزيادة عمرها الافتراضي بنسبة 30٪ تقريبًا.
تعد أحد الأسباب الرئيسية في فقدان سعة البطاريات و كذلك حوادث الحرائق في بطاريات الليثيوم هو وجود تجمعات معزولة من الليثيوم غير النشط والتي تنشئ نتيجة الانحلال غير المنتظم لكتلة الليثيوم المتفرعة على شكل شجرة. وبهذا تتكون منطقة معزولة في خلايا البطارية ما يجعل هذا الجزء من الليثيوم معزول عن الاتصال بالجزء المتبقي من الخلية، و لذلك يعتبر غير نشط كهربيًا أو يمكن اعتباره ميتًا في البطارية، و يتزايد حجم هذه المنطقة المعزولة في البطارية مع زيادة معدل الاستهلاك وزيادة عمر البطارية أو حتى عند سوء استخدامها.
ولهذا السبب قام فريق من الباحثين الأمريكيين في جامعة ستانفورد و مختبر المسرع الوطني SLAC باكتشف آلية لإعادة هذا الليثيوم المعزول إلى الحياة و تنشيطه بربطه ببقية مساحة خلية البطاريات ، مما يزيد من قدرة البطاريات وعمرها الافتراضي. حيث أكتشف الفريق أن الليثيوم المعزول مايزال حي وفعال و يستجيب بشكل كبير لعمليات الشحن والتفريغ في البطارية ، بسبب استقطابه الديناميكي للمجال الكهربائي في الإلكتروليت. و لذلك قاموا بتصميم خلية ضوئية مكونة من كاثود وأنود: حيث يتكون الكاثود من ليثيوم – نيكل – منغنيز و كوبالت – أكسيد (NMC) بينما يتكون الأنود من الليثيوم فقط. و قاموا بوضع كتلة ليثيوم معزولة بينهما لكي يقوموا بتتبع ما يحدث داخل البطارية عند استخدامها في وقت التشغيل الفعلي.
حيث اكتشفوا أنه عند شحن الخلية، تحركت كتلة الليثيوم المعزولة ببطء نحو الكاثود. بينما عند التفريغ ، تسللت في الاتجاه المعاكس. وبالرغم من أن هذه الدودة بطيئة جدًا كون رأس هذه الكتلة يتحرك بالنانومتر إلا أن الهدف هو العمل على تحفيز حركتها إلى أن تلامس في نهاية المسار القطب الموجب وتعيد إنشاء الاتصال الكهربائي ببقية أجزاء بطارية الليثيوم (كما في الصورة أعلاه).
ولهذا قاموا بتعديل بروتوكول الشحن وذلك من خلال إضافة خطوة تفريغ قصيرة عالية التيار مباشرة بعد الشحن مما ساعد في استعادة الكتل المعزولة في بطاريات الليثيوم ، مما يطيل عمر البطارية بنسبة 30٪ تقريبًا. و يتوقع الباحثون أن يكون لهذه النتائج آثار واسعة على تصميم وتطوير بطاريات الليثيوم المعدنية.
رابط البحث العلمي للإطلاع والتحميل مجاناً
Dynamic spatial progression of isolated lithium during battery operations
🎯 لأول مرة على مستوى الوطن العربي – فرصة تدريبية في مجال البحث والتطوير لتقنيات الطاقة المتجددة
