تطوير بطاريات ليثيوم لمواجهة خطر الاشتعال

طور علماء بطاريات ليثيوم أيون مقاومة للانفجار والاشتعال، وأنتجت البطاريات طاقة كافية لتشغيل أجهزة إلكترونية منزلية، لكنها لم تشتعل أو تنفجر، حتى حينما جرى ثقبها مرارا بمسمار.

وتستخدم البطاريات محلولا ملحيا كإلكتروليت، وهو ما يزيل المخاطر التي تحملها بعض الطرازات الأخرى من البطاريات التجارية غير المائية.

ونشرت نتائج تلك الدراسة في دورية جوول (Joule) العلمية.

ويقول كانغ تشو، الباحث المشارك في الدراسة وهو من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي، إنه " في الماضي، إذا أردت بطارية ذات طاقة عالية كان عليك اختيار بطارية ليثيوم أيون غير مائية، لكن عليك أن تقبل بقلة السلامة.

إذا فضلت السلامة قد تستخدم بطارية مائية مثل هيدريد المعدن/النيكل، لكن عليك الاكتفاء بطاقة أقل " .

ويضيف " الآن، نظهر أنه يمكنك الحصول على بطارية ذات عالية الطاقة والسلامة في الوقت ذاته " .

وتأتي الدراسة المذكورة استكمالا لبحث نشر في عام 2015 بدورية ساينس جورنال، والذي كشف فيه فريق البحث عن بطارية بطاقة 3 فولتات ذات إلكتروليت مائي.

لكن في ذلك الحين، عجز الباحثون عن تحقيق مستوى أعلى من الفولتات، بسبب ما يُعرف باسم " التحدي الكاثودي " .

ويحدث هذا حينما يكون أحد طرفي البطارية، وهو القطب الموجب المصنوع من الغرافيت أو معدن الليثيوم، قد تحلل بواسطة الإلكتروليت المستند إلى الماء.

ويتحلل البوليمر المتخثر عند أول شحن للبطارية، لكي يشكل طبقة مستقرة تسمى " البينية " .

وتعمل هذه الطبقة على حماية القطب الموجب من التفاعلات الكيميائية التي توقفه عن العمل بالشكل المناسب، ويسمح للمواد الأنودية (موجبة القطب) المرغوبة بأن تستخدم في البطارية.

وعبر تغطية القطب الموجب بطبقة البوليمر المتخثرة الواقية، تمكن العلماء من زيادة جهد البطارية إلى 4 فولتات، وهو ما جعلها مفيدة في أجهزة إلكترونية منزلية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

ويزيد إضافة غطاء من المادة المتخثرة من مزايا السلامة للبطاريات الجديدة، حينما تقارن ببطاريات الليثيوم أيون غير المائية التقليدية.

كما تزيد من كثافة الطاقة، مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون المائية الأخرى المطروحة.

ويقول تشو إن الكيمياء البينية في حاجة إلى تطوير قبل أن يتم طرح البطاريات على نحو تجاري.

ويشير إلى أنه مع وجود تمويل كاف، فإن كيمياء الأربعة فولتات يمكن أن تكون جاهزة للتسويق في غضون خمس سنوات.