ابتكار صيني : البطاريات الصلبة تتحدى الطقس القاسي
في خطوة كبيرة نحو مستقبل السيارات الكهربائية، نجح فريق من العلماء الصينيين في تطوير تقنية جديدة تعزز من متانة وأداء البطاريات الصلبة، خصوصًا في الظروف القاسية مثل الطقس البارد أو أثناء الشحن السريع. التكنولوجيا الجديدة تم نشرها في مجلة Nature العالمية، وتوصف بأنها خطوة واعدة نحو جعل البطاريات الصلبة أكثر موثوقية وقابلية للاستخدام التجاري.
Info!
البطاريات الصلبة تعتبر مستقبل السيارات الكهربائية، فهي تخزن طاقة أكبر وأكثر أمانًا من البطاريات السائلة التقليدية، ولكنها تواجه تحديات في المتانة والتشقق عند الشحن السريع أو الطقس البارد.
مقدمة: البطاريات الصلبة والتحديات الراهنة
البطاريات الصلبة تمثل ثورة محتملة في عالم السيارات الكهربائية، لأنها تقدم طاقة أكبر وأمان أعلى مقارنة بالبطاريات السائلة التقليدية. بس يا جماعة، المشكلة كانت في إنها ممكن تتشقق أو تفقد أدائها خصوصًا في الشحن السريع أو في الأجواء شديدة البرودة، وده كان بيأخر إنتاجها على نطاق واسع. العلماء من جامعة تسينغهوا في شنتشن وجامعة تيانجين حطوا يدهم على حل مبتكر.
Warning!
بالرغم من التقدم، البحث لسه في مرحلة تطويرية، والبطاريات الصلبة دي مش جاهزة للإنتاج التجاري الكبير حتى الآن.
الفكرة الرئيسية: طبقة الحماية المرنة "Flexible Armour"
الابتكار الأساسي في البحث الجديد هو إنشاء طبقة حماية مرنة على سطح البطارية الصلبة، والمعروفة باسم Solid Electrolyte Interphase (SEI). الطبقة التقليدية كانت صلبة وهشة، وبالتالي كانت بتتشقق بسهولة تحت الضغط أو الشحن السريع، وده بيؤدي لتراكم الليثيوم بشكل غير متساوي وتقليل عمر البطارية.
العلماء بدل ما يقووا الطبقة التقليدية، عملوا طبقة مرنة باستخدام مواد فضية Ag₂S وAgF، بحيث الطبقة تكون قابلة للانحناء شوية من غير ما تتكسر. التصميم ده حافظ على توزيع الليثيوم بشكل متساوي خلال الشحن والتفريغ، وقلل من الإجهاد الداخلي داخل البطارية.
الاختبارات والنتائج المبهرة
في الاختبارات العملية، البطاريات المزودة بالطبقة المرنة أظهرت استقرار رائع حتى في أقسى الظروف الجوية. التصميم الجديد دمج مواد لينة وصلبة في هيكل طبقي تدريجي، يقلل الإجهاد الداخلي ويمنع التشقق. الليثيوم اتحرك بشكل متساوي داخل البطارية، وده حافظ على الأداء لفترة أطول مقارنة بالتصاميم القديمة.
Info!
التجربة شملت شحن البطاريات بشكل سريع، وكذلك التعرض لدرجات حرارة منخفضة جدًا تصل إلى –30°م، وده اللي بيأهل البطاريات للاستخدام في مناطق باردة جدًا.
الفريق العلمي والجهات الداعمة
المشروع قاده البروفيسور Feiyu Kang و Yanbing He من Tsinghua SIGS، مع Quanhong Yang من جامعة تيانجين. البحث تم دعمه من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وبرنامج البحث والتطوير الوطني، وخطة الابتكار التكنولوجي في شنتشن.
أهمية الابتكار لمستقبل السيارات الكهربائية
البطاريات الصلبة من المفترض أنها تكون القلب النابض للجيل القادم من السيارات الكهربائية، والمشكلة الرئيسية كانت قصورها في المتانة. الابتكار الجديد يوفر مسارًا لتجاوز هذه العقبة، خصوصًا في الأسواق الباردة أو الاستخدام المكثف للبطارية. يعني بالمصري: "لو العربية كهربا، لازم البطارية تعيش وتشتغل كويس حتى لو الجو كان مثلج أو السواق شغال طول اليوم".
- تصميم الطبقة المرنة SEI باستخدام Ag₂S وAgF.
- دمج المواد اللينة والصلبة في هيكل تدريجي لتوزيع الضغط.
- اختبارات شاملة للشحن السريع والطقس البارد لضمان الاستقرار.
- تحليل النتائج ومراجعة عمر البطارية وكفاءتها بعد آلاف الساعات.
التطبيقات المحتملة والتحديات المقبلة
التطبيق المباشر للبحث مش متاح بعد للإنتاج التجاري الكبير، لكن ده يفتح الباب أمام استخدام البطاريات الصلبة بشكل أوسع في السيارات الكهربائية والمركبات المدمجة والمعدات الصناعية. العلماء بيشوفوا إن المرحلة الجاية هي التوسع في الإنتاج وتحسين التكلفة والموثوقية على نطاق أوسع.
Info!
البحث يوضح طريقًا محتملًا لتعزيز البطاريات الصلبة، خصوصًا لتطبيقات السيارات الكهربائية في المدن الباردة والمناطق الصناعية ذات الطلب العالي على الطاقة.
مقارنة مع البطاريات التقليدية
| نوع البطارية | الأمان | القدرة التخزينية | الأداء في الطقس البارد | عمر البطارية |
|---|---|---|---|---|
| الصلبة التقليدية | أمان أعلى من السائلة | عالية | ضعيف، تتشقق | قصيرة نسبيًا |
| الصلبة بالطبقة المرنة | أمان عالي جدًا | عالية جدًا | ممتاز، مستقرة حتى –30°م | عمر أطول بكثير، آلاف الساعات |
| البطارية السائلة التقليدية | خطر الحريق والتسخين | متوسطة | ضعيف جدًا | قصيرة |
الخلاصة
الابتكار الصيني في مجال البطاريات الصلبة بإنشاء طبقة حماية مرنة يمثل خطوة نوعية نحو مستقبل أكثر أمانًا وكفاءة للسيارات الكهربائية. التجارب أظهرت قدرة البطارية على تحمل الظروف الصعبة والشحن السريع، مما يعزز موثوقية السيارات الكهربائية ويجعلها أكثر جاذبية للسوق العالمي. لو فعلاً التكنولوجيا دي اتطبقت على نطاق واسع، هتغير شكل المنافسة في عالم السيارات الكهربائية بشكل جذري.
المصادر
- IT-Home: https://www.ithome.com
- Nature Journal: https://www.nature.com
شكرا جزيلا لقراءتك لمقال "ابتكار صيني ثوري: البطاريات الصلبة تتحدى الطقس القاسي بطبقة حماية مرنة". إذا أعجبتك المعلومات، لا تتردد في مشاركتها مع أصدقائك أو ترك تعليقك في الأسفل. دعمك المستمر يساعدنا على تقديم المزيد من المقالات والفيديوهات المفيدة عن عالم خالي من الانبعاثات.
فريق HV-CAR
