معهد لاو-لانجفان الفرنسي يرصد لأول مرة حركة أيونات الليثيوم غير المنتظمة في البطاريات الصلبة

أخبار ar.wedoany.com، في 12 يوليو 2026، كشف معهد لاو-لانجفان الفرنسي (ILL) باستخدام تقنية حيود النيوترونات المسحوقية عن ظاهرة الحركة غير المنتظمة لأيونات الليثيوم داخل البطاريات الصلبة بالكامل، مما يوفر مرجعًا جديدًا لتصميم بطاريات صلبة أكثر أمانًا وكفاءة.

تستخدم البطاريات التقليدية القابلة لإعادة الشحن بشكل شائع إلكتروليتات سائلة، مما يشكل مخاطر على السلامة ويحد من تحسين الأداء. تستبدل البطاريات الصلبة بالكامل الإلكتروليت السائل بآخر صلب، بهدف تحقيق سلامة أعلى، وكثافة طاقة أكبر، وأداء أفضل في درجات الحرارة القصوى. ومع ذلك، غالبًا ما تتوزع أيونات الليثيوم بشكل غير متساوٍ في المواد الصلبة، مما يؤدي إلى عدم تطابق في معدلات الشحن بين مناطق مختلفة من البطارية، ويؤثر على موثوقية تشغيلها.

استخدم فريق البحث لأول مرة تقنية حيود النيوترونات المسحوقية تحت ظروف التشغيل لمراقبة بطارية صلبة بالكامل من النوع السميك في حالة عمل. على عكس الأشعة السينية، تتفاعل النيوترونات مباشرة مع النوى الذرية، وتتمتع بحساسية عالية تجاه العناصر الخفيفة مثل الليثيوم، ويمكنها اختراق مواد البطارية السميكة، مما يتيح مراقبة غير مدمرة للبنية الداخلية. للحصول على إشارات واضحة، بنى الفريق خلية بطارية بسمك حوالي 2.5 ملم، تحتوي على 140 ملليغرامًا من مادة الكاثود النشطة. باستخدام إلكتروليت صلب جديد من نوع هاليد-أرجيروديت فائق التوصيل، والذي تبلغ موصليته الأيونية ستة أضعاف المواد التقليدية، تم التغلب بنجاح على مشكلة المقاومة الداخلية العالية الناتجة عن المكونات السميكة، مما سمح باستخراج أكثر من نصف الليثيوم من الإلكتروليت.

كشفت نتائج المراقبة عن تعقيد هيكلي غير متوقع داخل القطب. حتى في معدلات الشحن البطيئة للغاية، لم يكن تدفق الليثيوم سلسًا، بل انقسم القطب إلى طورين هيكليين متنافسين (يُسميان H1 وH2)، مما أدى إلى شحن مناطق مختلفة بمعدلات مختلفة. ولكن عندما كرر الفريق التجربة عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، اختفت هذه الظاهرة الفوضوية ثنائية الطور تمامًا. أدت الحرارة إلى زيادة كبيرة في الموصلية الأيونية للمادة، مما جعل التيار أكثر سلاسة وأجبر الليثيوم على التحرك بخطى موحدة. في الوقت نفسه، ظل إطار الإلكتروليت الصلب مستقرًا طوال العملية دون ظهور علامات تدهور، وهو أمر إيجابي للجدوى طويلة المدى للبطاريات الصلبة القائمة على الكبريتيد.

يوفر هذا الاكتشاف لمصممي البطاريات اتجاهًا دقيقًا لضبط الأداء، مما يشير إلى إمكانية إزالة "الازدحام المروري" داخل القطب من خلال الإدارة الحرارية المستهدفة وتحسين الموصلية. وقد نُشرت الدراسة ذات الصلة في مجلة "Advanced Energy Materials".