الانتقال إلى بطاريات خالية من الفلور: خطوة نحو مستقبل أفضل

قام باحثون من جامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) بالتعاون مع شركة هانسول كيميكال بتطوير مادة رابطة وإلكتروليت خالية من الفلور، مما يمثل خطوة هامة نحو بطاريات أكثر صداقة للبيئة. يُعرف هذا النظام الجديد باسم APA-LC، حيث يعتمد على إلكتروليت ليثيوم بيركلورات ورابطة بولي أميد عطرية. يُظهر هذا النظام تحسينًا في أداء البطارية، بالإضافة إلى تقليل المخاطر البيئية المرتبطة بالمركبات المفلورة.

أظهرت الدراسات أن النظام الجديد يحتفظ بسعة أعلى بنسبة 20% بعد 200 دورة شحن، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في خلايا بسعة عالية. هذه الابتكارات تدعم الانتقال نحو تكنولوجيا بطاريات مستدامة تتماشى مع اللوائح البيئية المتزايدة، مما يعزز من الجهود العالمية نحو تطوير حلول أكثر استدامة في مجال الطاقة.

تطوير مواد صديقة للبيئة

قام فريق بحثي بقيادة البروفيسور سوجين بارك وسوها نام من قسم الكيمياء في جامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH)، بالتعاون مع مركز البحث والتطوير لمواد البطاريات في شركة هانسول كيميكال، بتطوير مادة رابطة وإلكتروليت خالية من الفلور، تهدف إلى تعزيز تكنولوجيا البطاريات الصديقة للبيئة وعالية الأداء. نُشرت نتائجهم مؤخرًا في مجلة Chemical Engineering Journal.

أهمية المواد المستدامة

مع تزايد القلق البيئي، تزداد أهمية المواد المستدامة في تكنولوجيا البطاريات. تعتمد البطاريات التقليدية على مركبات مفلورة مثل رابطة بوليفينيليدين فلوريد (PVDF) وأملاح ليثيوم هيكسافلوروفوسفات (LiPF6، LP). ومع ذلك، يطلق نظام “PVDF-LP” فلوريد الهيدروجين (HF) السام، مما يقلل من أداء البطارية وعمرها الافتراضي. علاوة على ذلك، فإن الـ PVDF غير قابل للتحلل، ومع تشديد الاتحاد الأوروبي (EU) للوائح المتعلقة بالـ PFAS، من المتوقع حظر هذه المواد بحلول عام 2026.

الابتكار في تطوير البطاريات

تأتي هذه الدراسة في إطار البحث عن بدائل فعّالة وصديقة للبيئة، حيث يسعى الفريق البحثي إلى تقديم حلول مبتكرة تعزز من أداء البطاريات وتقلل من آثارها السلبية على البيئة. تقدم المواد الجديدة التي تم تطويرها إمكانيات كبيرة لتقليل المخاطر المرتبطة بالمركبات المفلورة، مما يدعم الاتجاه العالمي نحو تقنيات طاقة أكثر استدامة وموثوقية.

تصميم نظام بطارية غير مفلور

قام الباحثون من جامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) وشركة هانسول كيميكال بتصميم نظام بطارية غير مفلور، يهدف إلى الامتثال للوائح البيئية وتعزيز أداء البطارية. تم إنشاء إلكتروليت قائم على ليثيوم بيركلورات (LiClO4، LC) ليحل محل الإلكتروليتات المفلورة، بالإضافة إلى رابطة بولي أميد عطرية غير مفلورة (APA) باستخدام تكنولوجيا هانسول كيميكال الخاصة. يمثل هذا النظام المبتكر “APA-LC” خطوة هامة نحو التخلص من المركبات المفلورة بشكل كامل.

تحسين أداء البطارية

تعزز “رابطة APA” الترابط بين المادة النشطة للقطب السالب وجامع التيار المصنوع من الألمنيوم، مما يمنع تآكل القطب في الإلكتروليت ويطيل عمر البطارية بشكل كبير. إضافةً إلى ذلك، يعمل “نظام LC” الغني بكلوريد الليثيوم (LiCl) وأكسيد الليثيوم (Li2O) على تقليل حاجز الطاقة عند الواجهة، مما يعزز هجرة الأيونات. هذا التحسين يؤدي إلى انتشار أسرع لليثيوم، مما يرفع من أداء النظام مقارنة بنظام LP التقليدي.

نتائج واعدة

بشكل عام، أظهر نظام APA-LC استقرارًا أكبر من النظام التقليدي PVDF-LP. كما احتفظ بسعة أعلى بنسبة 20% بعد 200 دورة عند معدل شحن/تفريغ سريع قدره 1 C، وذلك ضمن نطاق 2.8-4.3 فولت في اختبار خلية العملة. هذه النتائج تدعم إمكانية استخدام النظام الجديد في التطبيقات المختلفة للبطاريات، مما يساهم في تعزيز كفاءة الطاقة وتقليل التأثيرات البيئية السلبية.

تطبيق نظام APA-LC

طبق فريق البحث نظام APA-LC لإنتاج خلية كيس بسعة عالية تبلغ 1.5 آه (أمبير-ساعة). وقد حافظت هذه الخلية على سعة تفريغ ممتازة وأظهرت أداءً قويًا خلال تجارب الشحن السريع. يُعتبر هذا الإنجاز أول عرض ناجح في العالم لنظام بطارية قابل للتوسع بالكامل وعملية، مصنوع بالكامل من مواد غير مفلورة، دون أي مركبات مفلورة.

أهمية البحث

عبّر البروفيسور سوجين بارك من POSTECH عن أهمية البحث بقوله: “لن نستبدل فقط الأنظمة المفلورة؛ لقد أثبتنا احتفاظًا عاليًا بالسعة واستقرارًا ممتازًا.” وأضاف: “ستعزز حلولنا استدامة صناعة البطاريات، مما يسهل الانتقال إلى أنظمة بطاريات غير مفلورة مع ضمان الامتثال البيئي.”

تطلعات السوق

علق المدير العام يونغ-هو يون من قسم مواد البطاريات الثانوية في هانسول كيميكال، قائلاً: “من خلال معالجة المخاوف التنظيمية بشأن PFAS، ضمننا موطئ قدم في سوق رابطة القطب السالب العالمية، المتوقع أن تصل قيمته إلى 1.7 تريليون وون بحلول عام 2026.” وأضاف: “ستعزز الأبحاث المستمرة موقفنا كمورد رائد لمواد البطاريات الثانوية الصديقة للبيئة.”

استنتاج

يمثل هذا الابتكار خطوة هامة نحو تعزيز كفاءة واستدامة تكنولوجيا البطاريات، مما يفتح الأفق لتطوير حلول جديدة وفعالة في المستقبل.