جامعة أركنساس الأمريكية تطور غشاءً واقيًا يطيل عمر دورة البطارية لأكثر من 1000 مرة

أخبار ar.wedoany.com، طبقت جامعة أركنساس (University of Arkansas) الأمريكية طبقة واقية من كبريتيد الزركونيوم بسمك 2 نانومتر على مادة الكاثود NMC811، مما أدى إلى إطالة عمر دورة بطاريات الليثيوم أيون من أقل من 200 دورة إلى أكثر من 1000 دورة شحن كاملة. تستهدف هذه الدراسة مشكلات تدهور الأداء ومخاطر السلامة الناجمة عن انطلاق جزيئات الأكسجين أثناء استخدام البطارية، وذلك باستخدام تقنية الترسيب الطبقي الذري لبناء طبقة واقية على سطح الكاثود، تعمل على امتصاص جزيئات الغاز المنبعثة من مركبات الليثيوم وتحويلها إلى بنية كبريتات الزركونيوم، مما يحيد التفاعلات الضارة.

حاليًا، يُعد NMC811 محور اهتمام صناعة السيارات نظرًا لكثافة طاقته ومزاياه من حيث التكلفة. تطلق هذه المادة جزيئات الأكسجين أثناء الاستخدام المستمر، والتي تتلامس مع السائل الموصل مسببة تفاعلات ضارة وقابلة للاشتعال، مما يقلل من كفاءة الطاقة ويعرض السلامة للخطر. على الرغم من أن متوسط مدى سير السيارات الكهربائية قد وصل حاليًا إلى 600 كيلومتر، إلا أن تدهور مكونات البطارية لا يزال مصدر قلق شائعًا لدى المستخدمين. في سوق السيارات المستعملة الأوروبية وحدها، بلغ عدد السيارات الكهربائية المنقولة لأسباب اقتصادية 2.2 مليون سيارة. حافظ فريق جامعة أركنساس على سمك الغشاء الواقي عند 2 نانومتر فقط على سطح الكاثود، وعند بدء نقل الشحنة، يمتص الغشاء جزيئات الغاز المنبعثة من مركبات الليثيوم، ويحول الغشاء الأصلي إلى بنية كبريتات الزركونيوم، ليعمل كعامل حافظ نشط داخل نظام البطارية المغلق، مما يمنع أكسدة السائل الموصل وتكوين المخلفات المسببة للتآكل.

أظهرت الاختبارات المعملية أن البطاريات غير المحمية تعاني من تدهور حاد في الأداء عند الوصول إلى 200 دورة، بينما أدى استخدام الطلاء إلى إطالة العمر الافتراضي لأكثر من 1000 دورة. حافظ النموذج الأولي على معدل احتفاظ بالطاقة بنسبة 60% بعد 1300 عملية شحن. اختبر الباحثون أيضًا مركبات بديلة مثل كبريتيد الليثيوم والألومنيوم والزنك والنحاس، ويواصل هذا العمل الاتجاه البحثي السابق في الحماية الكيميائية للبطاريات. قاد هذه التجربة الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة أركنساس، شيانغبو هنري مينغ، الذي وصف هذه التقنية بأنها "طبقة واقية صلبة ونظيفة ومقاومة للأكسدة على كاثود البطارية". في إسبانيا، بلغ إجمالي مبيعات سيارات الركاب الوطنية في عام 2025 مليونًا و148 ألفًا و650 سيارة، منها 101 ألفًا و427 سيارة كهربائية بالكامل، و124 ألفًا و189 سيارة هجينة قابلة للشحن، لتصل حصة السوق من المركبات الكهربائية إلى 19.6%.