ثورة في عالم البطاريات: علماء يابانيون يبتكرون بطارية خالية من الكوبالت و بمزايا فريدة!

Image Source: The University of Tokyo

طالما حلم العلماء والمهندسين بتطوير بطاريات تتخلص من سلبيات بطاريات الليثيوم أيون الحالية، خاصة المتعلقة باعتمادها على العناصر النادره كعنصر الكوبالت النادر والمحفوف بالمخاطر البيئية والاجتماعية. واليوم، ومع استمرار الجهود لدعم البحث والتطوير يطيب لنا أن ننقل إليكم خبراً ساراً من اليابان، فقد نجح فريق بقيادة البروفيسور أتسو يامادا من جامعة طوكيو في تحقيق هذا الحلم من خلال ابتكار بطارية ليثيوم أيون جديدة خالية تماماً من الكوبالت.

لماذا نبتعد عن الكوبالت؟

تعتمد معظم بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في السيارات الكهربائية حالياً على مركبات النيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC). وبالرغم من كفاءتها، إلا أن الكوبالت يُشكل مشكلة كبيرة بسبب ندرته وتركزه الجغرافي المحدود في عدد من البلدان ك جمهورية الكونغو الديمقراطية، ما يجعله عرضة للاضطرابات في التوريد في عملية استخراجه كونها من المناطق الغير مستقرة ومستقلة.

البطارية الجديدة.. مميزات مذهلة:

نجح فريق جامعة طوكيو في ابتكار بطارية ليثيوم أيون خالية من الكوبالت تماماً، باستخدام قطب موجب خالٍ منه وقطب سالب من أكسيد السيليكون الفرعي (SiOx). وتتميز هذه البطارية بمزايا عديدة تتفوق على مثيلاتها التقليدية:

•     كثافة طاقة أعلى بنسبة 60%: وهذا يعني قدرة تخزين أكبر في نفس الحجم والوزن، ما يفتح المجال لتصنيع أجهزة أصغر وأخف، ومدى أوسع للسيارات الكهربائية.
•     قدرة أعلى على تفريغ الشحن: تصل قدرة البطارية الجديدة إلى 4.4 فولت، مقارنة بـ 3.2-3.7 فولت في البطاريات التقليدية، ما يعني إمكانية تشغيل أجهزة أكثر قوة وكفاءة.
•     عمر افتراضي أطول: بعد 1000 دورة شحن وتفريغ (محاكاة ثلاث سنوات من الاستخدام)، حافظت البطارية على 80% من قدرتها التخزينية، وهو أعلى بكثير من البطاريات التقليدية.

يظهر الرسم البياني مقارنة نتائج هذا البحث بالتقنيات السابقة من حيث العمر الافتراضي و الفولتيه.

Image Source: Nature Sustainability, 2023

بالرغم من هذه المزايا المذهلة، لا يزال أمام الباحثين بعض العمل لتحسين أمان البطارية وإطالة عمرها الافتراضي بشكل أكبر. لكنهم متفائلون بأن تفتح هذه التقنية آفاقاً واسعة لتطوير بطاريات أفضل للعديد من التطبيقات، مع تحسين الاستدامة والأداء.

ما هي أهمية الاكتشاف؟

يمثل هذا الاكتشاف قفزة مهمة في مجال تخزين الطاقة، حيث سيساهم في تطوير بطاريات أكثر كفاءة وبيئية ومناسبة لمختلف تطبيقات التخزين المستقبلية، بما في ذلك السيارات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية وأنظمة الطاقة المتجددة. كما يؤكد هذا الإنجاز على قدرة العلم على إيجاد حلول مبتكرة لمشاكل التلوث واستنزاف الموارد الطبيعية.

نتمنى أن تمهد هذه الجهود البحثية الطريق لمستقبل أفضل، حيث تلعب البطاريات دوراً محورياً في التحول نحو طاقة نظيفة ومستدامة.

رابط البحث للمطالعة

Electrolyte design for lithium-ion batteries with a cobalt-free cathode and silicon oxide anode