تطوير تقنية أقطاب جافة خالية من PTFE بحلول عام 2026 من قبل المعهد الكوري لعلوم المواد وغيرها

أخبار ar.wedoany.com، نجح فريق بحثي من المعهد الكوري لعلوم المواد (KIMS، برئاسة المدير تشوي تشول جين) بالتعاون مع فريق البروفيسور هوانغ إين سونغ من معهد كوريا لأبحاث الكهرباء (KERI) في تطوير أول تقنية كورية لتصنيع الأقطاب الجافة تعتمد على جسيمات الجرافيت ذات الشكل القابل للتحكم. تتيح هذه التقنية تصنيع بطاريات عالية الأداء دون الحاجة إلى استخدام مادة البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، وهي المادة الأساسية في عمليات تصنيع الأقطاب الجافة التقليدية. ومن المتوقع أن تساهم هذه التقنية في زيادة مدى سير المركبات الكهربائية، وتقليل وقت الشحن، وتسريع وتسويق عمليات تصنيع الجيل التالي من البطاريات الصديقة للبيئة.

مع تزايد الطلب على المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، تشتد المنافسة على تطوير بطاريات ذات كثافة طاقة أعلى. تُعتبر تقنية الأقطاب الجافة طريقة إنتاج واعدة للجيل القادم، وذلك لأنها تقلل من استخدام المذيبات العضوية وعمليات التجفيف في عملية تصنيع البطاريات. تتميز هذه الطريقة بمزايا كبيرة في خفض تكاليف التصنيع والانبعاثات الكربونية، إلا أن معظم عمليات الأقطاب الجافة الحالية تعتمد بشكل كبير على مادة البولي تترافلوروإيثيلين، مما يجعل تطوير تقنيات بديلة تحدياً رئيسياً.

تُستخدم مادة البولي تترافلوروإيثيلين كمواد رابطة أساسية لتجميع مكونات القطب الجاف. ومع ذلك، في بيئة القطب السالب، قد تؤدي إلى تدهور الأداء، كما أن المخاوف البيئية المتعلقة بالمواد المحتوية على الفلور تتزايد. نجح فريق البحث في تطوير قطب سالب جاف خالٍ من البولي تترافلوروإيثيلين من خلال تطبيق نظام المواد الرابطة CMC-SBR المستخدم على نطاق واسع في تصنيع الأقطاب الرطبة التجارية، وإعادة تصميم بنية جسيمات الجرافيت.

استخدم الباحثون عملية التجفيف بالرش لتحضير جسيمات جرافيت مركبة باستخدام ملاط يتكون من الجرافيت والمواد الموصلة المضافة والمواد الرابطة. أثناء عملية التحبيب، تم تجميع جسيمات الجرافيت الرقائقية التقليدية لتكوين جسيمات ذات بنية داخلية متباينة الخواص وموجهة عشوائياً، بدلاً من البنية عالية التوجيه التي تتشكل عادةً في معالجة الأقطاب الكهربائية التقليدية. يخلق هذا الترتيب متباين الخواص مسارات متعددة الاتجاهات لنقل أيونات الليثيوم، مما يقلل من قيود النقل الناتجة عن التوجيه، ويخفف من تدهور الأداء الشائع في الأقطاب الجافة السميكة أثناء دورات الشحن والتفريغ.

أظهرت النتائج التجريبية أن القطب السالب الجاف المطور أظهر أداء شحن فائق السرعة واستقراراً ممتازاً لدورات طويلة الأمد مقارنة بالأقطاب السالبة القائمة على الملاط التقليدي. كما حسنت هذه التقنية خصائص انتشار أيونات الليثيوم في ظل ظروف كثافة الطاقة العالية، مما يؤكد إمكاناتها في البطاريات عالية السعة القائمة على بنية الأقطاب السميكة، ويوفر أساساً تقنياً لبطاريات قادرة على تحقيق مدى سير طويل وشحن سريع.

من المتوقع أن تُطبق هذه التقنية في المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة وبطاريات الجيل التالي عالية كثافة الطاقة. ونظراً لاستخدام نظام المواد الرابطة CMC-SBR المستخدم على نطاق واسع في الصناعة، تتمتع هذه التقنية بمزايا في التصنيع على نطاق واسع، ومن المتوقع أن تساهم في خفض تكاليف التصنيع والانبعاثات الكربونية من خلال تقليل استخدام المذيبات وعمليات التجفيف.

صرّح الباحث الرئيسي في المعهد الكوري لعلوم المواد، يون جي هي، بأن هذه التقنية تقدم نهجاً جديداً قادراً على تجاوز القيود المفروضة على عمليات الأقطاب الجافة التقليدية القائمة على البولي تترافلوروإيثيلين، ومن المتوقع أن تكون قابلة للتطبيق بشكل كبير في بطاريات الجيل التالي للمركبات الكهربائية التي تتطلب كثافة طاقة عالية وأداء شحن سريع.

حظي هذا البحث بدعم من مشروع البحث المؤسسي للمعهد الكوري لعلوم المواد الممول من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، ومشروع البحث الإبداعي التكاملي للمجلس الوطني للبحوث العلمية والتقنية، ومشروع تطوير تكنولوجيا المواد والمكونات، ومشروع تطوير تكنولوجيا الآلات والمعدات الممول من وزارة التجارة والصناعة والطاقة. نُشرت نتائج البحث عبر الإنترنت في 21 أبريل 2026 في مجلة "Energy Storage Materials" (معامل التأثير: 20.2) المتخصصة في مجال تخزين الطاقة.