"تعاون دولي يحقق تقدمًا مذهلاً في بطاريات الليثيوم أيون بفضل تقنية الجرافين"

قام فريق من الباحثين في جامعة سوانسي بالتعاون مع جامعتي ووهان للتكنولوجيا وشينزين بتطوير تقنية رائدة لإنتاج جامع تيار الجرافين على نطاق واسع، مما يمثل ابتكارًا هامًا يمكن أن يعزز أمان بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير. ونُشرت نتائج هذا البحث في مجلة Nature Chemical Engineering، حيث تم تقديم بروتوكول ناجح لتصنيع رقائق الجرافين خالية من العيوب على نطاق تجاري، وهو تقدم ملحوظ في تكنولوجيا تخزين الطاقة.

تعزيز أمان بطاريات الليثيوم أيون

تعتبر هذه التقنية الجديدة بمثابة حل جذري للتحديات التي تواجه بطاريات الليثيوم أيون، خاصة فيما يتعلق بأمانها وكفاءتها. وتبرز أهمية هذا الابتكار في تحسين أداء البطاريات، حيث تمكن الباحثون من إنتاج رقائق الجرافين التي تتمتع بتوصيل حراري استثنائي يصل إلى 1,400.8 W m⁻¹ K⁻¹، وهو معدل يتجاوز بأكثر من عشر مرات توصيل الحرارة في جامعات التيار التقليدية المصنوعة من النحاس والألمنيوم.

ووفقًا للدكتور روي تان من جامعة سوانسي، فإن هذه الخطوة تعزز من إمكانية دمج هذه الرقائق في عمليات تصنيع البطاريات التجارية، ما يسهم في تحسين إدارة الحرارة داخل البطاريات، وبالتالي يقلل من مخاطر الحوادث المتعلقة بالتسارع الحراري مثل الحرائق أو الانفجارات.

حلول مبتكرة للتحديات الأمنية

التسارع الحراري يمثل تحديًا خطيرًا في تطوير بطاريات الليثيوم أيون، لا سيما في تطبيقات السيارات الكهربائية. وفي هذا السياق، تُظهر رقائق الجرافين الجديدة قدرتها على تبديد الحرارة بكفاءة عالية، مما يمنع التفاعلات الطاردة للحرارة التي قد تؤدي إلى فشل البطاريات.

وأشار الدكتور جينلونغ يانغ من جامعة شينزين إلى أن هيكل الجرافين المتراص يعمل كحاجز فعال ضد تكوين الغازات القابلة للاشتعال، كما يمنع تسرب الأكسجين إلى خلايا البطارية، وهو عامل حاسم في تجنب الفشل الكارثي الذي قد ينجم عن التسارع الحراري.

إنتاج واسع النطاق

لم تقتصر نجاحات هذا البحث على المختبرات، بل تم تطوير عملية إنتاج قابلة للتوسع على نطاق تجاري. في تجربة ميدانية، أنتج الباحثون رقاقة جرافين بطول 200 متر وسُمك 17 ميكرومترًا، مع احتفاظها بتوصيل كهربائي عالٍ حتى بعد تعرضها للانحناء أكثر من 100,000 مرة. وهذه الخصائص تجعلها مثالية للاستخدام في الإلكترونيات المرنة وتطبيقات أخرى متقدمة.

آفاق مستقبلية واعدة

تتيح هذه التقنية الجديدة إنتاج رقائق جرافين بسمك قابل للتخصيص، مما يمهد الطريق لبطاريات أكثر كفاءة وأمانًا. يتوقع الباحثون أن يكون لهذا الابتكار تأثير كبير على مستقبل تخزين الطاقة، خاصة في مجالات السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة.

يقود فريق البحث الدولي كل من البروفيسور ليكيانغ مايو والبروفيسور دابينغ هي من جامعة ووهان للتكنولوجيا، والدكتور جينلونغ يانغ من جامعة شينزين، والدكتور روي تان من جامعة سوانسي. ويواصل الفريق العمل على تحسين عمليتهم لتقليل سمك رقائق الجرافين وتعزيز خصائصها الميكانيكية، مع استكشاف التطبيقات المحتملة لهذه المادة الجديدة في بطاريات أخرى مثل بطاريات التدفق الأكسدي وبطاريات الصوديوم أيون، بالتعاون مع مجموعة البروفيسورة سيرينا مارغودونا في جامعة سوانسي.