تمديد عمر بطاريات الليثيوم والكبريت.. هل تهيمن على السيارات الكهربائية؟

طوّر باحثون طريقة مبتكرة لتمديد عمر بطاريات الليثيوم والكبريت، وزيادة مستويات طاقتها مقارنةً بالبطاريات المتجددة الحالية، وفق تحديثات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

إذ يعمل المهندس الميكانيكي في جامعة ساوثرن ميثوديست (SMU) دونغهاي وانغ، وفريقه البحثي، على تحسين كفاءة بطاريات الليثيوم والكبريت، التي لم تصل بعد إلى إمكاناتها بوصفها بطاريات متجددة للسيارات الكهربائية والأجهزة الأخرى.

وعالج الفريق مشكلة شائعة مع بطاريات الليثيوم والكبريت تُعرف باسم إذابة البولي سلفايد، وتحدث بمرور الوقت، وتقلل من عمر البطارية، ما قد يؤدي إلى حلول بطارية أكثر متانة.

وأكد وانغ -أيضًا- أن هذا البحث يمكنه إنتاج بطاريات أكثر متانة وطويلة الأمد.

تحديات بطاريات الليثيوم والكبريت

تُعدّ بطاريات الليثيوم والكبريت مصدرًا واعدًا للطاقة المتجددة، لأنها أكثر فاعلية من حيث التكلفة، ويمكنها تخزين المزيد من الكهرباء من البطاريات القابلة لإعادة الشحن القائمة على الأيونات التقليدية.

ومع ذلك، هناك تحدٍ كبير مع هذه البطاريات، إذ واجهت الشركات المصنّعة للبطاريات صعوبات في معالجة الآثار السلبية لذوبان البولي سلفايد.

وسلّطت الدراسة -التي نشرتها مجلة نيتشر ساستنبيليتي (Nature Sustainability)- الضوء على أن شبكة البوليمر الهجينة التي طوّرها الفريق حديثًا تُمكّن بطاريات الليثيوم والكبريت من تحقيق قدرات تتجاوز 900 مللي أمبير/ساعة لكل غرام، مقارنةً بسعة 150-250 مللي أمبير/ساعة لكل غرام النموذجية الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون.

هذا التقدم يعني أن بطاريات الليثيوم والكبريت يُمكنها تخزين المزيد من الطاقة الكهربائية بشكل ملحوظ.

بالإضافة إلى ذلك، يُظهر الكاثود الجديد استقرارًا ممتازًا للدورة، متجاوزًا أداء بطاريات الليثيوم والكبريت التقليدية، بحسب المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).

يُذكر أن سعة الدورة تشير إلى عدد المرات التي يمكن فيها شحن البطارية وتفريغها قبل التعرض لانخفاض كبير في السعة، وتترجم سعة الدورة الأعلى إلى بطارية تدوم لمدة أطول.

حل مبتكر لعمر أطول

تتكون جميع البطاريات من طرف موجب وطرف سالب، ويحدث تفاعل كيميائي بين هذين الطرفين، ما يؤدي إلى توليد الكهرباء.

في بطاريات الليثيوم والكبريت، يقترن قطب موجب قائم على الكبريت، والمعروف باسم الكاثود، بقطب سالب من معدن الليثيوم، يسمى الأنود، ويقع الإلكتروليت بينهما، وهو مادة تسمح للأيونات بالتحرك بين هذين القطبين.

ومع ذلك، فإن الكبريت ليس المادة المثالية للقطب، لأنه يمكن أن يؤدي إلى مشكلات مثل ذوبان البولي سلفايد التي تؤثّر في أداء البطارية.

ووفق المعلومات لدى منصة الطاقة المتخصصة، طوّر وانغ وفريقه كاثودًا شبكيًا هجينًا من البوليمر لمعالجة مشكلة ذوبان البولي سلفايد في بطاريات الليثيوم والكبريت.

عندما ترتبط أيونات الليثيوم بالكبريت عند الكاثود، فإنها تشكّل جزيئات بولي سلفايد قابلة للذوبان تنتقل إلى الإلكتروليت، ما يؤدي إلى تدهور الكاثود وتقليل قدرة البطارية على تحمُّل دورات شحن متعددة.

واختتم وانغ حديثه قائلًا: “يسمح هذا المزيج بإعادة الارتباط والامتصاص في الوقت الفعلي لأيّ نوع من الكبريت، ومن ثم القضاء بفعالية على البولي سلفايدات القابلة للذوبان وإطالة عمر دورة البطارية”.

أول مصنع ضخم لبطاريات الليثيوم والكبريت

في سياقٍ متصل، أعلنت شركة ليتن الأميركية (Lyten)، الرائدة عالميًا في مجال بطاريات الليثيوم والكبريت، خططها لاستثمار أكثر من مليار دولار لبناء أول مصنع ضخم لبطاريات الليثيوم والكبريت في العالم.

ووفق المعلومات لدى منصة الطاقة المتخصصة، سيقع المصنع بالقرب من رينو بولاية نيفادا، وسيكون قادرًا على إنتاج ما يصل إلى 10 غيغاواط ساعة من البطاريات سنويًا بكامل طاقته، ومن المقرر أن يبدأ تشغيل المرحلة الأولى من المصنع في عام 2027.

وقال المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة ليتن، دان كوك: “اليوم هو أحدث إنجاز في تاريخ ليتن الممتد لـ9 سنوات.. إن الليثيوم والكبريت يمثّلان قفزة في تكنولوجيا البطاريات، إذ يوفران كثافة طاقة عالية وبطارية خفيفة الوزن مصنوعة من مواد محلية متوفرة بكثرة وتصنيع أميركي بنسبة 100%”.

وتتميز خلايا الليثيوم والكبريت من “ليتن” بكثافة طاقة عالية، ما يسمح بوزن أخفّ بنسبة 40% من بطاريات الليثيوم أيون، و60% من بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم.

وبحسب البيان الذي اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، تُصنع خلايا “ليتن” بالكامل في الولايات المتحدة، وتستعمل مواد محلية متوفرة بكثرة، ما يلغي الحاجة إلى المعادن المستخرجة من المناجم، مثل النيكل والكوبالت والمنغنيز والغرافيت.

واستعمال “ليتن” للمواد المحلية منخفضة التكلفة يجعل بطارية الليثيوم والكبريت من ليتن أقل تكلفة من بطارية الليثيوم أيون على نطاق واسع.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..