“أكثر من 1000 كم”… وعدٌ تتحققه بطاريات الهلام للسيارات الكهربائية

في خطوة مهمة نحو تخفيف القلق المرتبط بالمركبات الكهربائية، كشف الباحثون عن تقنية بطاريات يمكن أن تمنح المركبات الكهربائية نطاقًا يتجاوز 620 ميلًا (1000 كيلومتر) بشحنة واحدة، بحسب تقرير نشره موقع livescience.

في الوقت الحالي، يبلغ متوسط مدى السيارات الكهربائية حوالي 300 ميل (480 كم)، مع المدى الأوسع الذي توفره نماذج مثل لوسيد أير، والذي يصل إلى حوالي 500 ميل (800 كم).

ومع ذلك، فإن دراسة حديثة نشرت في مجلة Advanced Science تقدم حلاً واعدًا لهذا الحد، وذلك بالاستفادة من مزيج من جزيئات السيليكون والكهارل القائمة على الهلام، لتعزيز أداء بطاريات الليثيوم أيون.

وقد تم استكشاف السيليكون منذ فترة طويلة باعتباره مادة واعدة لأنودات البطارية، بسبب قدرته على استيعاب المزيد من أيونات الليثيوم مقارنة بأنودات الجرافيت التقليدية. ومع ذلك، كانت العقبة الرئيسة هي ميل السيليكون إلى التوسع بما يصل إلى ثلاثة أضعاف حجمه الأصلي أثناء الشحن؛ ما يؤدي إلى تدهور البطارية. وفي حين أن جزيئات السيليكون بحجم نانومتر يمكن أن تخفف من هذه المشكلة، فإن إنتاجها ينطوي على عمليات معقدة ومكلفة.

في الدراسة الأخيرة، اعتمد العلماء نهجًا جديدًا، يستخدم جزيئات السيليكون بحجم ميكرومتر مدمجة مع إلكتروليت هلامي مرن. ويعمل هذا التصميم المبتكر على تشتيت الضغط الداخلي الناتج عن تمدد السيليكون؛ ما يضمن استقرار البطارية دون المساس بالتوصيل. علاوة على ذلك، فإن الجسيمات ذات الحجم الميكرومتري، كونها أكبر بكثير من نظيراتها النانومترية، توفر حلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة يتوافق مع طرق الإنتاج الحالية.

وعلق البروفيسور سوجين بارك، المؤلف المشارك للدراسة وشخصية متميزة في الكيمياء في جامعة “بوهانج للعلوم والتكنولوجيا في كوريا الجنوبية، قائلا: “لقد استخدمنا أنود السيليكون الصغير، ومع ذلك لدينا بطارية مستقرة. وهذا البحث يقودنا بشكل أقرب إلى نظام بطارية ليثيوم أيون حقيقي عالي الكثافة للطاقة”.

ويتضمن دمج جزيئات السيليكون ذات الميكرومتر مع المنحل بالكهرباء، القائم على الهلام، تشعيع بوليمر قائم على الهلام باستخدام شعاع إلكتروني لإنشاء روابط تساهمية بين جزيئات السيليكون والإلكتروليت. ويمكّن هذا الترابط الجل من امتصاص وتبديد الضغط الناتج عن تمدد السيليكون؛ ما يعزز الاستقرار الهيكلي لقطب السيليكون ويحتمل أن يطيل عمر البطارية.

ونتيجة لهذا النهج، تم ابتكار بطارية ليثيوم أيون تتميز بتحسين كثافة الطاقة بنسبة 40% تقريبًا، مقارنة بنظيراتها التقليدية، مع الحفاظ على الموصلية الأيونية المشابهة للبطاريات التي تستخدم الإلكتروليتات السائلة. من الناحية العملية، يُترجم هذا إلى عمر أطول لبطارية الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية واحتمال تحقيق المركبات الكهربائية لنطاقات كانت تعتبر في السابق بعيدة المنال.

علاوة على ذلك، يؤكد الباحثون على سهولة تنفيذ إستراتيجية التكامل هذه في خطوط إنتاج البطاريات الحالية. كما يشيرون إلى أن تطبيق شعاع الإلكترون، كما هو موضح في دراستهم، يمكن دمجه بسلاسة؛ ما يوفر طريقًا للتبني الفوري ضمن أطر التصنيع الحالية.

وتمتد آثار هذا الإنجاز إلى ما هو أبعد من عالم السيارات الكهربائية؛ ما يعد بإحداث تقدمات في مختلف القطاعات التي تعتمد على تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون. ومع القدرة على معالجة قيود النطاق وتحسين أداء البطارية، تبشر تقنية البطاريات القائمة على الهلام بعصر جديد من الكفاءة والاستدامة في حلول تخزين الطاقة.