تطوير بطاريات "الليثيوم أيون" لمقاومة الاحتراق

اتخذ العلماء خطوة كبيرة في تطوير بطاريات الليثيوم أيون، وذلك من أجل حل آفة الانفجارات.

فقد تم تطوير بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للانفجار أو الاشتعال من قبل فريق من العلماء في الولايات المتحدة، وقد أنتجت هذه البطاريات طاقة كافية لاستخدامها في الأجهزة الإلكترونية المنزلية، وأثبتت الاختبارات بأنها لم تتعرض لأي نوع من الانفجار أو الاحتراق حتى عند ثقبها بشكل متكرر باستخدام مسمار.

وتستخدم البطارية محلول الملح والماء بمثابة وسط مؤين موصل للكهرباء، مما يزيل المخاطر التي تحملها بعض النماذج التجارية غير المائية، وقد تم نشر نتائج هذا البحث في صحيفة "Joule".

وتحمل بطارية الليثيوم أيون الموصلات الكهربائية أو الأقطاب الكهربائية على الجانبين، ويتم شحن البطارية أو تفريغها من خلال انتقال الأيونات من قطب إلى الآخر، وتساعد الشوارد في منتصف البطارية، الأيونات على التحرك. وتصنع الشوارد عادة من "الكهرل" أو "الإلكتروليت"، وهو أي مادة تحتوي على أيونات حرة تشكل وسطا ناقلا للكهرباء، وهذه المواد الكيميائية العضوية هي التي تنفجر بسهولة عند الاحتراق.

ويقول المهندس شواردنغ وانغ، من جامعة ماريلاند والذي شارك في تأليف الدراسة الجديدة، إن الشوارد الكهربائية القائمة على الماء والمقاومة للحريق، موجودة بالفعل ولكن لأن الماء ليس متفاعلا، فإن هذه البطاريات الآمنة ليست قوية.

وأضاف قائلا: "في الماضي، إذا كنت تريد طاقة عالية، يمكنك اختيار بطارية ليثيوم أيون غير مائية، ولكن عليك أن تقدم تنازلات بشأن السلامة، وإذا كنت تفضل السلامة، فيمكن استخدام بطارية مائية تعتمد موادا مثل النيكل والهيدريد، ولكن عليك أن تتحمل انخفاض الطاقة".

والآن، وضع العلماء بطارية ليثيوم أيون مطورة يمكنها أن تضمن الطاقة العالية والسلامة في آن واحد، والتي لن تنفجر أبدا ويمكن أن تصل قوتها إلى 4 فولت، وهي القوة ذاتها للبطاريات الأكثر شيوعا.

وقبل عامين، قام فريق وانغ (الذي يعمل مع الكيميائي كانغ شو في مختبر أبحاث الجيش الأمريكي)، بإنشاء "كهرل" (وسط ناقل) قائم على الماء وصل إلى 3 فولت، ولكن على الرغم من أن الكهرل كان آمنا، إلا أنه أدى إلى تحلل أحد الأقطاب الكهربائية لذلك لا يمكنه حمل الكثير من الطاقة.

وفي الورقة البحثية اليوم، تم تطوير الشوارد الكهربائية القائمة على الماء مع ميزة خاصة للشوارد العضوية حيث ستحتوي على طلاء صلب يحمي الأقطاب من التلف.

وهذا الطلاء الصلب هو عبارة عن هلام خاص من البوليمر الذي يشكل طبقة مستقرة تسمى "الطور البيني" interphase، عندما يتم شحن البطارية لأول مرة، وهذا الطور يحمي الأنود من التفاعلات الكيميائية التي توقفه عن العمل.