تطوير بطارية يمكنها البقاء أطول في درجات الحرارة شديدة البرد والحر
تاريخ النشر: منذ 6 ايام
ابتكر باحثون في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بطاريات أيونات الليثيوم التي تعمل بشكل جيد في البرودة الشديدة ودرجات الحرارة الحارقة.
لقد استخدموا إلكتروليت خاص مقاوم لدرجة الحرارة وهي المادة الموجودة في البطارية التي تسمح للتيار الكهربائي بالتدفق.
إذا تم إدخالها في إنتاج السيارات الكهربائية، يمكن أن تسمح البطاريات للسيارات الكهربائية في المناخ البارد بالسفر لمسافة أبعد بشحنة واحدة.
يمكن أن تقلل أيضاً من الحاجة إلى أنظمة التبريد باهظة الثمن للحفاظ على حزم بطاريات المركبات من السخونة الزائدة في المناخات الحارة.
تأثير حرارة الجو على بطاريات السيارات الكهربائية
في الوقت الحالي، يمكن أن تؤثر درجات الحرارة شديدة الحرارة أو شديدة البرودة سلباً على أداء البطاريات في السيارات الكهربائية، مثل إبطاء سرعات الشحن وتقليل المسافة التي يمكن أن تقطعها المركبات قبل أن تحتاج إلى إعادة شحنها.
يعرف خوف السائق من نفاد الشحن قبل أن يتمكن من الوصول إلى محطة شحن أخرى باسم “قلق المدى”، وينظر إليه على أنه عائق أمام التبني الجماعي للسيارات الكهربائية الصديقة للبيئة.
قال البروفيسور تشنغ تشين من كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييجو جاكوبس: “أنت بحاجة إلى عملية درجة حرارة عالية في المناطق التي يمكن أن تصل فيها درجة الحرارة المحيطة إلى الأرقام الثلاثة وتزداد سخونة الطرق “”.
في السيارات الكهربائية، تكون مجموعات البطاريات في السيارة من الأسفل بالقرب من الأرض، ما يجعلها قريبة من هذه الطرق الساخنة.
وتابع: “أيضاً، يتم تسخين البطاريات بمجرد تشغيل تيار أثناء التشغيل، إذا لم تستطع البطاريات تحمل هذا الاحماء عند درجة حرارة عالية، فسوف يتدهور أداؤها بسرعة”.
مكونات بطاريات السيارات الكهربائية
تحتوي البطاريات على ثلاثة مكونات رئيسية – الأنود والكاثود والإلكتروليت، يفصل المنحل بالكهرباء (عادة مادة كيميائية، على شكل سائل أو معجون) الأنود والكاثود وينقل تدفق الشحنة الكهربائية بين الاثنين.
تنقل بطاريات أيونات الليثيوم أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب أثناء الشحن، البطاريات التي طورها تشين وزملاؤه تتحمل البرودة والحرارة بفضل إلكتروليتهم، وهو محلول سائل من ثنائي بيوتيل الإيثر مختلطاً بملح الليثيوم.
ما يميز إثير ثنائي بيوتيل هو أن جزيئاته ترتبط بشكل ضعيف بأيونات الليثيوم، مما يعني أن جزيئات الإلكتروليت يمكن أن تتخلص بسهولة من أيونات الليثيوم أثناء تشغيل البطارية.
يعمل هذا التفاعل الجزيئي الضعيف على تحسين أداء البطارية في درجات حرارة دون الصفر، بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإيثر الثنائي البوتيلي أن يأخذ الحرارة بسهولة لأنه يبقى سائلاً عند درجات حرارة عالية – حيث تبلغ درجة غليانه 286 درجة فهرنهايت، أو 141 درجة مئوية.
في الاختبارات، احتفظت بطاريات إثبات المفهوم بنسبة 87.5% و 115.9% من طاقتها عند -40 درجة مئوية و 50 درجة مئوية (-40 درجة فهرنهايت و 122 درجة فهرنهايت)، على التوالي.
تتمتع البطاريات الجديدة أيضاً بكفاءات كولومبيك عالية تبلغ 98.2% و 98.7% في درجات الحرارة هذه، على التوالي، مما يعني أنها يمكن أن تخضع لمزيد من دورات الشحن والتفريغ قبل أن تتوقف عن العمل.
يقول الباحثون إن إلكتروليتهم متوافق أيضاً مع بطارية الليثيوم الكبريت، وهي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تحتوي على أنود مصنوع من معدن الليثيوم وكاثود مصنوع من الكبريت.
يمكن لبطاريات الليثيوم-الكبريت تخزين ما يصل إلى ضعف الطاقة لكل كيلوغرام من بطاريات الليثيوم أيون الحالية، مما قد يضاعف نطاق السيارات الكهربائية دون أي زيادة في وزن حزمة البطارية.
ومع ذلك، فإن بطاريات الليثيوم-الكبريت لديها بعض المشكلات التي تقف حالياً في طريق تسويقها، مثل التفاعل، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة.
كما أن أنودات الليثيوم المعدنية عرضة لتكوين هياكل تشبه الإبرة تسمى التشعبات التي يمكن أن تخترق أجزاء من البطارية، مما يتسبب في حدوث قصر في الدائرة الكهربائية.
مزايا بطاريات ليثيوم أيون
نتيجة لذلك، تدوم بطاريات الليثيوم- الكبريت فقط حتى عشرات الدورات، يمنع إلكتروليت ثنائي بيوتيل الأثير الذي طوره فريق جامعة كاليفورنيا في سان دييغو هذه المشكلات، حتى في درجات الحرارة العالية والمنخفضة.
تتمتع البطاريات التي تم اختبارها بعمر دورات أطول، عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تكملها قبل أن تفقد الأداء، من بطارية الليثيوم الكبريت النموذجية.
قام الفريق أيضاً بتصميم كاثود الكبريت ليكون أكثر استقراراً عن طريق تطعيمه بالبوليمر، مما يمنع المزيد من الكبريت من الذوبان في الإلكتروليت.
في البحث المستقبلي، يخطط الفريق لتوسيع نطاق كيمياء البطارية، وجعلها تعمل في درجات حرارة أعلى وإطالة عمر الدورة.
مصدر:تطوير بطارية يمكنها البقاء أطول في درجات الحرارة شديدة البرد والحر – تيربو العرب (arabsturbo.com)
