جامعة كامبريدج تكتشف أن الضغط المناسب يضاعف عمر بطاريات الليثيوم

أخبار ar.wedoany.com، اكتشف فريق بحثي من جامعة كامبريدج أن تطبيق ضغط فيزيائي مناسب ومستقر على بطاريات الليثيوم يمكن أن يضاعف عمرها الافتراضي. ومن المتوقع أن يسهم هذا الإنجاز في إطالة عمر بطاريات السيارات الكهربائية، وتقليل الضغوط البيئية الناجمة عن التخلص من البطاريات واستخراج المعادن الحيوية.

أثناء عمليات الشحن والتفريغ، تتحرك أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب، مما يؤدي إلى تمدد وانكماش متكرر في حجم البطارية. وتؤدي الإجهادات الميكانيكية الناتجة عن الدورات الطويلة إلى تسريع تدهور البطارية. وحتى الآن، لم تحقق طرق تحسين مواد البطارية أو تركيباتها الكيميائية سوى زيادات طفيفة في عمر البطارية.

ولهذا الغرض، صمم الفريق البحثي بقيادة جامعة كامبريدج جهازًا تجريبيًا يستخدم وسائد هوائية قابلة للنفخ لتطبيق ضغط مستمر على البطاريات المرنة (Soft-pack batteries)، مع مراقبة التغيرات في حجم البطارية في الوقت الفعلي، لدراسة تأثير الضغط على عمر البطارية. والبطاريات المرنة هي بطاريات ليثيوم مغلفة بغلاف مركب من الألومنيوم والبلاستيك.

أظهرت النتائج التجريبية أن أداء البطارية يكون أفضل عندما يُحافظ على الضغط عند حوالي 12.5 بار. يؤدي الضغط المرتفع جدًا إلى ترسب الليثيوم المعدني على سطح القطب السالب، بينما يؤدي الضغط غير الكافي إلى تشقق مادة القطب الموجب، وكلاهما يسرع من تدهور البطارية.

صرّح البروفيسور مايكل دي فولدر، أحد قادة البحث وأستاذ في كلية الهندسة بجامعة كامبريدج، بأن الفريق لم يُجرِ تغييرات على الإلكتروليت أو مواد الأقطاب الكهربائية، بل استخدم بطاريات تجارية متاحة مباشرة في التجارب، مما يثبت أن تحسين إدارة الضغط وحده يمكن أن يطيل عمر البطارية بشكل ملحوظ.

يرى الباحثون أن هذه التقنية قد تسهم في المستقبل في تقليل وتيرة استبدال بطاريات السيارات الكهربائية، وتخفيف ضغوط معالجة البطاريات المستهلكة، وخفض الطلب على موارد النيكل والكوبالت، مما يحد من الآثار البيئية والاجتماعية المرتبطة باستخراج هذه المعادن. وتكتسب هذه التقنية أهمية خاصة لسوق السيارات الكهربائية سريع النمو، ولا سيما سوق السيارات المستعملة. ولا تزال هذه التقنية في مرحلة التحقق المختبري، وتحتاج إلى مزيد من التوسع والتطبيق على أنظمة البطاريات التجارية في المستقبل. وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة "Nature Energy" البريطانية.