جوهر السيارة الكهربائية؟ البطارية بلا أدنى شك. قام باحثون من جامعة هارفارد للتو بتطوير بطارية ذات حالة صلبة ذات خصائص فريدة، تعد بعمر افتراضي أطول وإعادة الشحن في عشر دقائق فقط.
من يقولسيارة كهربائيةيقول، من الواضح، البطارية. كيفية الجمعشحن سريع,الحكم الذاتي الأمثل، الحد الأقصى للعمر وأدنى سعر؟ يوجد مجالان رئيسيان للعمل اليوم: من ناحية،بطارية الصوديوموالتي تحبها الصين، فهي أرخص ولكن ذات كثافة طاقة منخفضة؛ من ناحية أخرى،بطارية صلبة، التي وعدت بها منذ فترة طويلة وربما تكون ثورية، ولكنها بطيئة في الوصول.
هذا هو الأخير الذي سنتحدث عنه اليوم. مجموعة من الباحثين منكلية هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقيةتم نشره للتو في المجلة المرموقةمادة العلومعرض نوع جديد من البطاريات الصلبة. في البرنامج: شحن سريع في عشر دقائق وعمر لا مثيل له.
عروض غير مسبوقة
في الواقع، قام فريق الباحثين بتطوير بطارية صلبة فريدة من نوعها، ذات خصائص رائعة: على وجه الخصوص، يمكن لخلايا هذه البطارية أن تتحمل 6000 دورة شحن وتفريغ وتظل تحتفظ بنسبة 80٪ من سعتها في النهاية. للتذكير،كما تحدثت شركة فولكس فاجن منذ بضعة أيام عن بطارية صلبة، ولكنها لا تتجاوز 1000 دورة.
وبشكل أكثر تحديدًا، إذا كانت السيارة مجهزة ببطارية بقدرة 60 كيلووات في الساعة (أو حوالي 500 كيلومتر من التشغيل الذاتي) مع هذه التكنولوجيا، فيمكنها القيادة لمسافة 3 ملايين كيلومتر ولا يزال لديها 48 كيلووات في الساعة من السعة المتبقية!
ولم ينته الأمر: يبدو أن إعادة الشحن أيضًا لها الأولوية، منذ أن تناولت الدراسة وسائل الإعلام الأمريكيةاليكتريك، تعلن عن إعادة الشحن خلال عشر دقائق فقط. أداء يتطلب، كما نتخيل، محطات طرفية قوية جدًا...ولكنها على وشك أن ترى ضوء النهار.
كيمياء جديدة
ولتحقيق هذه النتائج المبهرة، نظر الفريق بقيادة شين لي إلى ما يحدث داخل بطارية الحالة الصلبة أثناء شحنها.
المشكلة
حان الوقت للحديث عن التشعبات. هل سمعت بها من قبل؟ ومع ذلك، فإن هذا هو العائق الرئيسي أمام تطوير هذا النوع من البطاريات. بكل بساطة، التغصنات هي نتوء من المعدن على الأنود (القطب السالب للبطارية، يجب عدم الخلط بينه وبين الكاثود، القطب الموجب)، والذي يمكن أن يتفرع ويخلق أنواعًا من الجذور التي تخترق القطب الكهربي.
هناك عيبان رئيسيان يتبعان هذا التكوين: كلما زاد عدد التشعبات، زاد عدم استواء سطح الأنود، وكلما زاد جذب التشعبات الجديدة - وبالتالي، نوع من الحلقة المفرغة. في أسوأ الحالات، يمكن أن تنضم هذه إلى الكاثود، مما يؤدي إلى حدوث دائرة كهربائية قصيرة، مما قد يؤدي إلى اشتعال البطارية. لذلك يجب تجنبها.
في بطارية الحالة الصلبة "التقليدية"، يجب أن يتخلص الأنود من هذه التشعبات، لكن هذا يستغرق وقتًا ويمكن أن يزيد من تدهور سطحه - مما سيجذب المزيد من التشعبات، إذا كنت تتابعه بعناية.
لا الحل
وهذا هو المكان الذي يبتكر فيه فريق Xin Li، حيث قام بتجهيز أنود بطاريته بطبقة من جزيئات السيليكون (على مقياس ميكرون). وعندما تصل أيونات الليثيوم إليها تترسب بشكل متجانس ولا تشكل أي تشعبات.
لدى Xin Li أيضًا مقارنة مضحكة لتوضيح العملية:"في تصميمنا، يتم طلاء الليثيوم حول جزيء السيليكون، مثل قشرة الشوكولاتة حول حبة البندق". هل لديك الصورة؟
في الواقع، يتم إخلاء الليثيوم من الأنود بسهولة وسرعة أكبر، مع تركه سليمًا. إذن لدينا تفسير لعملية إعادة الشحن السريعة هذه وهذا العمر المذهل.
لا يزال الطريق طويلا
هذه البطارية موجودة وتعمل في مختبرات جامعة هارفارد.. على شكل خلية بحجم طابع البريد. هي التي استمرت 6000 دورة، لكن الباحثين قاطعون:"يمثل بحثنا خطوة مهمة نحو المزيد من بطاريات الحالة الصلبة العملية للتطبيقات الصناعية والتجارية"لا أكثر.
ومع ذلك، لا تزال الأبحاث مستمرة: فقد قدم الفريق ترخيصًا لهذه التكنولوجيا لشركة مرتبطة بجامعة هارفارد، وهي شركة Adden Energy، والتي ستحاول إنشاء بطارية بحجم مماثل لبطارية الهاتف الذكي. خطوة صغيرة نحو تصنيع بطارية صلبة لسياراتنا الكهربائية!
للتذكير،بي ام دبليووآخرونتويوتاوالإعلان عن نماذجها الأولى التي تعمل بالبطاريات الصلبة لعام 2030؛ وحيدنيسانهو أكثر تفاؤلا، معوصوله إلى السوق من عام 2028. يستمر العمل بشراسة. مايكروسوفت، على سبيل المثال، شرحت لنا ذلك قبل بضعة أيام فقطكيف اكتشف مادة غير معروفة باستخدام الذكاء الاصطناعي، والتي يمكن استخدامها أيضًا في بطاريات الحالة الصلبة.
