بطارية تخزين طاقة هيكلية تعمل أفضل بعشر مرات من البطاريات السابقة.. فما الذي يميزها ؟

أنتج باحثون من جامعة “تشالمرز” للتكنولوجيا في السويد بطارية تخزين طاقة هيكلية تعمل بعشر مرات أفضل من جميع البطاريات التي تم إصدارها في السابق!.

تحتوي هذه البطارية على ألياف الكربون التي تعمل كقطب كهربائي وموصل ومادة حاملة في وقت واحد. ويسمح هذا الإنجاز بتخزين الطاقة في المركبات وغيرها من الآلات.

حيث تشكل البطاريات في السيارات الكهربائية اليوم جزءاً كبيراً من وزن المركبات، دون أن تؤدي أي وظيفة حمل. على سبيل المثال، فإن البطارية الهيكلية هي التي تعمل كمصدر للطاقة وكجزء من الهيكل في جسم السيارة. يُطلق على هذا التخزين للطاقة (عديم الكتلة)، لأن وزن البطارية يتلاشى عندما تصبح جزءاً من الهيكل الحامل.

ما الذي يميز هذه البطاريات عن غيرها؟

تظهر الدراسات أن هذا النوع من البطاريات متعددة الوظائف يمكن أن يقلل بشكل كبير من وزن السيارة الكهربائية.

استمر تطوير البطاريات الهيكلية في جامعة “تشالمرز” عبر سنوات عديدة من البحث، بما في ذلك الاكتشافات السابقة التي تنطوي على أنواع معينة من ألياف الكربون. وبالإضافة إلى كونها صلبة وقوية، فإنها تتمتع أيضاً بقدرة جيدة على تخزين الطاقة الكهربائية كيميائياً.

اعتبرت مجلة Physics World هذه البطارية كواحدة من أكبر عشرة اختراقات علمية لعام 2018. وتم إجراء المحاولة الأولى لصنع هذه البطارية الهيكلية في وقت مبكر من عام 2007، وقد ثبت صعوبة تصنيع بطاريات ذات خصائص كهربائية وميكانيكية جيدة. أما الآن، ومع باحثين من جامعة “تشالمرز” وبالتعاون مع معهد KTH Royal Institute للتكنولوجيا في ستوكهولم، فقد تم اتخاذ خطوة حقيقية إلى الأمام. حيث قدم الباحثون بطارية هيكلية بخصائص تفوق بكثير الإصدارات السابقة، من حيث تخزين الطاقة الكهربائية والصلابة والقوة. كما أن أداء هذه البطارية متعدد الوظائف أعلى بعشر مرات من النماذج الأولية للبطارية الهيكلية السابقة.

تبلغ كثافة طاقة البطارية 24 وات/كجم، مما يعني سعة 20% تقريباً مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون المماثلة المتوفرة حالياً. ولكن نظراً لأنه يمكن تقليل وزن المركبات بشكل كبير، فستكون هناك حاجة إلى طاقة أقل لقيادة سيارة كهربائية. كما يؤدي انخفاض كثافة الطاقة إلى زيادة السلامة أيضاً.

يوضح “ليف أسب”، الأستاذ في جامعة “تشالمرز” وقائد المشروع: “أسفرت المحاولات السابقة لصنع بطاريات هيكلية عن خلايا ذات خصائص ميكانيكية وكهربائية جيدة. لكن باستخدام ألياف الكربون في البطارية الجديدة، تم تصميم بطارية هيكلية ذات صلابة وسعة تنافسية لتخزين الطاقة”.

في الواقع، لا يمكن لألياف البطاريات الهيكلية تخزين قدر من الطاقة مثل بطاريات الليثيوم أيون، لكنها تتمتع بالعديد من الخصائص التي تجعلها جذابة للغاية للاستخدام في المركبات والتطبيقات الأخرى. فعندما تصبح البطارية جزءاً من الهيكل الحامل، تختفي كتلتها في الأساس.

الدراجات الكهربائية الخفيفة للغاية والإلكترونيات الاستهلاكية؛ واقعاً عما قريب!

تحتوي بطاريات تخزين الطاقة الجديدة على قطب كهربائي سالب مصنوع من ألياف الكربون، وقطب موجب مصنوع من رقائق الألمنيوم المطلية بفوسفات الحديد والليثيوم. يتم فصلها بواسطة نسيج من الألياف الزجاجية.

إقرأ أيضا عن ابتكار جديد في تعديل الخشب وتحويله إلى مولد صغير للضغط !

حالياً، يتم نفيذ مشروع جديد بتمويل من وكالة الفضاء الوطنية السويدية، حيث ستتم زيادة أداء هذه الهيكلية بشكل أكبر. سيتم استبدال رقائق الألمنيوم بألياف الكربون كمواد حاملة في القطب الموجب، مما يوفر صلابة متزايدة وكثافة في الطاقة. بالإضافة لذلك، سيتم استبدال فاصل الألياف الزجاجية بمتغير رفيع للغاية، والذي سيعطي تأثيراً أكبر بكثير ودورات شحن أسرع. ومن المتوقع الانتهاء من المشروع الجديد في غضون عامين.

يقول “ليف أسب”: “تتمتع بطارية الجيل القادم الهيكلية بإمكانات رائعة. فإذا نظرت إلى تكنولوجيا المستهلك، فقد يكون من الممكن تماماً في غضون بضع سنوات تصنيع الهواتف الذكية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الدراجات الكهربائية بوزن يبلغ نصف ما هي عليه اليوم، وبإحكام أكبر”.

وعلى المدى الطويل، ننتظر البدء بتصميم وتشغيل السيارات الكهربائية والطائرات الكهربائية والأقمار الصناعية بواسطة بطاريات تخزين الطاقة الهيكلية.

المزيد من الأبحاث حول بطارية تخزين الطاقة الهيكلية

تستخدم البطارية الهيكلية ألياف الكربون كقطب سالب، ورقائق الألمنيوم المطلية بفوسفات الليثيوم كقطب موجب. كما تعمل ألياف الكربون كمضيف لليثيوم وبالتالي تقوم بتخزين الطاقة. ونظراً لأن ألياف الكربون توصل الإلكترونات أيضاً، نتجنب الحاجة إلى الموصلات النحاسية والفضية، مما يقلل من الوزن بشكل أكبر.

تساهم كل من ألياف الكربون ورقائق الألمنيوم في الخصائص الميكانيكية للبطارية الهيكلية. يتم فصل مادتي القطب بواسطة نسيج من الألياف الزجاجية في مصفوفة إلكتروليت هيكلية. تتمثل مهمة الإلكتروليت في نقل أيونات الليثيوم بين قطبي البطارية، ونقل الأحمال الميكانيكية بين ألياف الكربون والأجزاء الأخرى.

اقرأ أيضاً: سيارة EQS الكهربائية الجديدة من مرسيدس مع بطارية “تسلا” القوية !