الصين تطور بطارية ليثيوم لا تحترق

تتمتع بطاريات الليثيوم المعدنية بكثافة طاقة تفوق بطاريات أيونات الليثيوم بعشر مرات تقريبا، ما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تخزينا مكثفا للطاقة مثل السيارات الكهربائية والأجهزة المحمولة. ومع ذلك، فإن هذه الإمكانات الكبيرة تقترن بسلبيات خطيرة؛ إذ تعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية من بين الأكثر عرضة للاشتعال والانفجار عند تعرضها للحرارة أو الضغط، نتيجة التفاعل العنيف بين أنود الليثيوم المعدني والكاثودات عالية الجهد، مما يولد غازات قابلة للاشتعال داخل البطارية. وقد سجلت حالات متعددة من الحرائق المفاجئة في أجهزة إلكترونية وسيارات كهربائية حول العالم بسبب هذه النوعية من البطاريات، وهو ما خلق حاجزا أمام انتشارها التجاري الواسع.

انطلاقا من هذه المخاوف، طور يينغ تشانغ وفريقه من معهد الكيمياء بالأكاديمية الصينية للعلوم نموذجا أوليا لبطارية ليثيوم معدنية تدمج فيها مادة بوليمرية تعمل كمثبط للهب داخل الكاثود نفسه. وعند ارتفاع درجة الحرارة فوق 100 °C، يتحلل البوليمر مطلقا جزيئات جذرية تثبط التفاعلات الكيميائية المولدة للغاز في الأنود، مما يمنع تراكم الغازات القابلة للاشتعال.

في اختبار مقارن، تم رفع الحرارة تدريجيا في البطاريتين النموذجية والقياسية بدءا من 50 °C. وعند تجاوز 120 °C، ارتفعت حرارة البطارية القياسية إلى 1000 °C وأحرقت نفسها خلال 13 دقيقة. أما البطارية النموذجية، فقد بلغت ذروتها عند 220 °C دون اشتعال أو انفجار.

ويشير الباحثون إلى أن استراتيجية “إدارة الغاز الذكية” هذه تمنع تسارع الحرارة الحرجة وتحافظ على استقرار البطارية الكهروكيميائي، ما يوفر “مسارا تحويليا نحو بطاريات ليثيوم معدنية مقاومة للحريق.

كما أن دمج هذه التقنية في خطوط الإنتاج الحالية ممكن من دون إعادة تصميم شاملة، إذ يكفي إجراء تعديلات طفيفة على الأساليب الصناعية المعتمدة. وهو ما يمهد قبولا سريعا لهذه التقنية في صناعات السيارات الكهربائية والأجهزة المحمولة والطاقة المتجددة، ويقلص الحواجز الأمنية أمام استخدامها التجاري.

نشرت الدراسة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم PNAS، في يوليوز الجاري، الشرح المفصل لاستراتيجية FRI@NCM811، القائمة على تكوين واجهات مثبطة للهب داخل الكاثود، تعمل على خفض إنتاج الأوكسجين والغازات القابلة للاشتعال وتعديل تركيبها مما يقلل من أخطار التسخين الحراري. حققت هذه التقنية نتائج واعدة في خلايا pouch بسعة 0.58‑Ah عند شحن كامل تحت ظروف حرارية عنيفة دون حدوث أي runaway حراري.

يضع هذا الابتكار حلا ممكنا وآمنا لأحد أبرز حدود بطاريات الليثيوم المعدنية: مخاطرة الحريق، من خلال دمج بوليمر يطفئ نفسه داخل البطارية، يمكن الجمع بين كثافة طاقة عالية وتشغيل آمن، ما قد يجعل هذه التكنولوجيا قابلة للاستخدام التجاري في أقرب وقت. ورغم أنها لا تزال قيد التجربة، فإن توافقها مع أساليب التصنيع الحالية يجعلها خطوة واعدة نحو مستقبل بطاريات أكثر كفاءة وأمانا.