ثورة السيارات الكهربائية: كيف تعيد بطاريات الحالة الصلبة تشكيل المستقبل؟

تمكّن باحثون من حل لغز أدى إلى تدني أداء بطاريات الحداد الصلبة، خاصة عند استخدامها في السيارات الكهربائية، وفقًا لمنصة مصر بوست المتخصصة. واعتمد الفريق الأمريكي على تقنية متطورة تُعرف باسم المجهر الإلكتروني الناقل الماسح رباعي الأبعاد (4D STEM) لتحديد طبقة الطور البيني (SEI) كسبب رئيسي لتدهور أداء البطارية. هذه الطبقة، التي تتشكل عند تفاعل الإلكتروليت الصلب مع الكاثود، تمنع حركة أيونات الليثيوم والإلكترونات بسلاسة، مما يؤثر سلبًا على كفاءة البطارية. ومع ذلك، تم تطوير طبقة رقيقة تساعد في تخفيف هذه الآثار السلبية، مما يعزز عمر البطارية ويجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام في المركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية.

التحدي الطويل لتطوير البطاريات

يواجه الباحثون في جامعة ميسوري تحديات كبيرة في تطوير بطاريات الحالة الصلبة، التي تستبدل الإلكتروليت السائل القابل للاشتعال في بطاريات الليثيوم أيون بالإلكتروليت الصلب. ومع أن هذه التقنية تعد بحلول واعدة لقيود الأداء والسلامة، إلا أن تكوين طبقة الطور البيني بين الإلكتروليت والكاثود ظل عقبة كبرى. قال ماتياس يانغ، الأستاذ المساعد الذي قاد الفريق البحثي: “عندما يتلامس الإلكتروليت الصلب مع الكاثود، يتفاعل مكونًا طبقة طور بيني بسُمْك 100 نانومتر، مما يعيق حركة أيونات الليثيوم والإلكترونات ويقلل من كفاءة البطارية.”

تقنيات متقدمة لفهم البطاريات

استخدم الباحثون تقنية المجهر الإلكتروني الناقل الماسح رباعي الأبعاد (4D STEM) لفحص التركيب الذري للبطارية دون الحاجة إلى تفكيكها، وهو إنجاز بارز في مجال أبحاث البطاريات. سمحت هذه التقنية للفريق بتحديد طبقة الطور البيني كعامل رئيسي في تدهور أداء البطارية. وأوضح يانغ: “نحن نركز الآن على تطوير طلاءات واقية رقيقة يمكنها حماية الإلكتروليت الصلب والكاثود من التفاعلات غير المرغوبة، مع الحفاظ على كفاءة نقل الأيونات.”

تطبيقات مستقبلية واعدة

تعتبر بطاريات الحالة الصلبة المستقبل الأكثر أمانًا وفعالية لتخزين مصر بوست، خاصة في مجال السيارات الكهربائية. وقطعت شركات مثل مرسيدس وتويوتا خطوات كبيرة في هذا المجال، حيث تعمل على تطوير تقنيات تزيد من مدى السيارات الكهربائية وتقلل من تكاليف الإنتاج. يمكن أن تصل بطاريات الحالة الصلبة إلى كثافة طاقة أعلى بثلاثة أضعاف مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية، مما يوفر حلولًا أكثر فعالية للتحديات الحالية في تخزين مصر بوست.

التطورات في بطاريات الليثيوم والكبريت

إلى جانب التقدم في بطاريات الحالة الصلبة، حقق الباحثون في ألمانيا والصين اختراقات في تقنية بطاريات الليثيوم والكبريت، التي تتميز بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة. يمكن لهذه البطاريات تحقيق 25 ألف دورة شحن مع الاحتفاظ بنسبة 80% من سعتها، مما يجعلها خيارًا واعدًا في المستقبل القريب.