ابتكار في بطاريات الليثيوم المعدنية يحل مشاكل الحرائق ويزيد من العمر الافتراضي.

ابتكار جديد في عالم البطاريات: بطارية ليثيوم معدنية بثلاث طبقات لمزيد من الأمان وطول العمر.

تمكن فريق من الباحثين في معهد DGIST من تطوير بطارية ليثيوم معدنية مبتكرة تعتمد على إلكتروليت بوليمري ثلاثي الطبقات، مما يحسن من الأمان ويطيل من عمر البطارية. يشمل التصميم ثلاث طبقات؛ الأولى لمكافحة الحرائق، والثانية لتقوية الإلكتروليت، والثالثة لتحسين حركة أيونات الليثيوم. أظهرت التجارب أن هذه البطارية تحتفظ بـ87.9% من أدائها بعد 1,000 دورة شحن، متفوقة على البطاريات التقليدية التي تحتفظ بـ70-80%. بالإضافة إلى ذلك، تمتاز بقدرتها على إطفاء نفسها في حالة نشوب حريق، مما يعزز استخدامها في تطبيقات متنوعة، من الهواتف الذكية إلى المركبات الكهربائية.

تطوير بطارية ليثيوم معدنية أكثر أمانًا وطول عمر بفضل إلكتروليت بوليمري ثلاثي الطبقات

أعلن فريق بحثي من قسم تكنولوجيا الطاقة والبيئة في معهد DGIST بقيادة الباحث الرئيسي الدكتور كيم جاي-هيون عن تطوير بطارية ليثيوم معدنية تعتمد على "إلكتروليت بوليمري صلب ثلاثي الطبقات". تُظهر هذه البطارية الجديدة تحسينات كبيرة في السلامة ضد الحرائق مع إطالة العمر الافتراضي، مما يفتح آفاقًا واعدة لتطبيقات متنوعة تشمل المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Small.

موضوعات مرشحة

صورة حسابك الشخصي على وسائل التواصل.. مفتاح الانطباع الأول وبوابتك نحو النجاح الرقمي

التحديات في البطاريات التقليدية

تعاني بطاريات الإلكتروليت البوليمري التقليدية من أداء ضعيف بسبب قيود هيكلية تؤثر سلبًا على تلامس الأقطاب الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، لم تتمكن هذه البطاريات من معالجة مشكلة "التغصنات" (dendrites)، حيث تنمو هياكل ليثيوم شبيهة بالأشجار أثناء دورات الشحن والتفريغ المتكررة. هذه التغصنات تمثل خطرًا كبيرًا، حيث يؤدي نموها غير المنتظم إلى تعطيل الاتصال داخل البطارية، مما قد يتسبب في حرائق وانفجارات.

موضوعات مرشحة

من المستحق عليه الضرائب؟ وهل تسري القرارات بأثر رجعي؟ تطبيق تليفوني يجيب على جميع تساؤلات تسجيل الهواتف المحمولة الجديدة.

تصميم ثلاثي الطبقات لحل المشاكل الهيكلية

للتغلب على هذه التحديات، طور الفريق البحثي إلكتروليتًا بثلاث طبقات، حيث يؤدي كل منها وظيفة محددة تُعزز من كفاءة وأمان البطارية.

• طبقة الوقاية من الحرائق: تم تضمين مادة "decabromodiphenyl ethane (DBDPE)" للحد من خطر الحرائق.
• طبقة تقوية الإلكتروليت: أضاف الباحثون مادة "الزيوليت" لتحسين قوة الإلكتروليت الهيكلية.
• طبقة تحسين نقل الأيونات: استخدم الفريق ملح ليثيوم عالي التركيز، "lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI)"، لتسريع حركة أيونات الليثيوم.

يجمع الإلكتروليت بين طبقة وسطى قوية تعزز القوة الميكانيكية للبطارية وسطح خارجي ناعم يضمن تلامسًا ممتازًا مع الأقطاب الكهربائية، مما يسهل نقل أيونات الليثيوم بسرعة ويمنع تكون التغصنات.

نتائج تجريبية واعدة

أظهرت التجارب أن البطارية الجديدة حافظت على 87.9% من أدائها بعد 1,000 دورة شحن وتفريغ، وهو تحسن كبير مقارنة بالبطاريات التقليدية التي تحتفظ بنسبة 70-80% فقط. كما أثبتت البطارية قدرتها على إطفاء نفسها في حالة نشوب حريق، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر الحرائق.

موضوعات مرشحة

الكتف المتجمد: ألم مزمن وتحديات الحركة.. تعرف على الأسباب وطرق التشخيص والعلاج

تطبيقات واسعة النطاق

من المتوقع أن تكون هذه البطارية مناسبة لمجموعة متنوعة من القطاعات، بدءًا من الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء، وصولًا إلى المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الضخمة.

موضوعات مرشحة

"يَا أَرْضِ انْشَقِّي وِابْلَعِينِ": لحظات الإحراج التي يتمنى فيها الإنسان الاختفاء

تعليق الباحث الرئيسي

صرح الدكتور كيم: "نعتقد أن هذا البحث سيُسهم بشكل كبير في تسويق بطاريات الليثيوم المعدنية التي تستخدم إلكتروليتات بوليمرية صلبة، مع توفير استقرار وكفاءة محسّنين لأنظمة تخزين الطاقة."

يمثل هذا الابتكار خطوة هامة نحو تحسين أداء البطاريات وسلامتها، مما يعزز إمكانية اعتمادها في التطبيقات المستقبلية.