ابتكار مادة ترفع أداء بطاريات السيارات الكهربائية لأرقام غير مسبوقة

طور باحثون من كوريا الجنوبية مادة مركّبة تجمع بين الكربون والتيتانيوم، قادرة على تعزيز أداء بطاريات الليثيوم الكبريت وزيادة عمرها الافتراضى، هذا الابتكار قد يفتح الباب أمام أجهزة إلكترونية تدوم لفترات أطول، وطائرات مسيّرة تحلّق لساعات، وسيارات كهربائية تقطع مسافات أكبر دون الحاجة لإعادة الشحن.

تصميم نانوى مبتكر لبنية القطب الكهربائى
 

اعتمد فريق معهد دايجو للعلوم والتكنولوجيا (DGIST) على دمج جسيمات نانوية من أكسيد التيتانيوم (TiO) داخل كربون مسامي مطعّم بالنيتروجين، باستخدام عملية اختزال بسيطة بالمغنيسيوم.

وقد أسفر ذلك عن:

1. هيكل ثلاثي الأبعاد يشبه خلية النحل يوفّر مساحة أكبر لاحتواء الكبريت.

2. تثبيت فعّال لمركبات الكبريت ومنع تسرب متعددات الكبريتيد.

3. تحسين ملحوظ في التوصيل الكهربائي بفضل التكامل بين التيتانيوم والكربون والنيتروجين.

وفي الاختبارات، حقق المهبط الجديد أداءً قويًا، حيث سجّل 1082 ملي أمبير/جرام في الدورة الأولى، مع احتفاظه بحوالي 580 ملي أمبير/جرام بعد 1000 دورة شحن.

رفع كثافة الطاقة مع تقليل الوزن
 

ويساعد التصميم السداسي للبنية الكربونية على رفع كثافة الطاقة دون إضافة وزن زائد، مما يجعل بطاريات الليثيوم الكبريت أخف وأكثر كفاءة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

وتساهم الجزيئات النانوية من TiO في استقرار المادة الفعالة داخل القطب، مما يزيد من عمر البطارية ويقلل من فقدها السريع للطاقة عبر الدورات المتكررة.

تطبيقات ثورية محتملة
 

يُتوقع أن تساهم هذه المادة الجديدة في تحسين العديد من الصناعات، أبرزها:

1. السيارات الكهربائية

بفضل زيادة كثافة الطاقة وانخفاض الوزن، يمكن للسيارات الكهربائية قطع مسافات أطول قبل الحاجة لإعادة الشحن.

2. الطائرات المسيّرة (الدرون)

أظهرت تجارب سابقة أن بطاريات الليثيوم-الكبريت قادرة على تشغيل طائرة مسيّرة لأكثر من 3 ساعات، ومع هذا التطور قد تصل المدة إلى 8 ساعات مستقبلًا.

3. الأجهزة الإلكترونية المحمولة

يمكن إدماج البطاريات الأخف والأعلى طاقة في الهواتف، الحواسيب المحمولة، والساعات الذكية لتوفير فترات تشغيل طويلة.

4. التكلفة المنخفضة

يعد الكبريت مادة متوافرة ورخيصة، ما يجعل بطاريات الليثيوم-الكبريت خيارًا اقتصاديًا مقارنة بالبطاريات الحالية.

خطوة نحو بطاريات المستقبل
 

يمهّد هذا المركّب الجديد الطريق أمام بطاريات أكثر استقرارًا وأطول عمرًا، مما يعجّل من تطبيق بطاريات الليثيوم الكبريت على نطاق واسع في المنتجات الاستهلاكية والصناعية ، ومع التطوير المستمر، قد يصبح هذا النوع من البطاريات معيارًا أساسيًا في عالم تخزين الطاقة.