تطوير بطاريات القطارات والطائرات عبر برنامج جديد

ووفقاً لوكالة آنا للعلوم والتكنولوجيا، يرى هرسام الأستاذ في جامعة نورث وسترن ومؤسس شركة ولکسیون Volexion الناشئة، أنه في المستقبل ستتمكن البطاريات من تشغيل شاحنات النقل لمسافات طويلة وقطارات الشحن وحتى الطائرات.

ويقول: أظن أن الطائرات التي تعمل بالبطاريات ستدخل السوق في المستقبل. الآن لدينا طائرات بدون طيار تعمل بالبطارية. من الواضح أن الطائرات بدون طيار مختلفة تماما عن طائرة 747 ؛ لكنها خطوة مهمة في هذا الاتجاه. يتم الآن تصنيع شاحنات تعمل بالبطاريات. كما ستعمل القطارات ثم الطائرات على البطاريات.

لم يحدث أي من هذه الابتكارات الثورية مع بطاريات الليثيوم أيون الموجودة حاليًا في السوق. لا تحتوي البطاريات الحالية على شحنة كافية لتشغيل المركبات طويلة المدى؛ بدلاً من ذلك، فإنها تستغرق ساعات لإعادة الشحن، وتفقد السعة بمرور الوقت، ويمكن أن تشتعل فيها النيران عند دفعها إلى ما بعد حدود ثباتها.

تتكون بطاريات الليثيوم أيون من ثلاثة مكونات: الأنود (يحمل أيونات الليثيوم أثناء الشحن) ، والكاثود (يحمل أيونات الليثيوم أثناء التفريغ) ، والإلكتروليت (ينقل أيونات الليثيوم). أثناء شحن البطارية وتفريغها، تتحرك الأيونات ذهابًا وإيابًا. عندما تكون البطارية قيد الاستخدام ، تنتقل الأيونات من القطب الموجب إلى القطب السالب. عندما يتم شحن البطارية تتحرك الأيونات من القطب السالب إلى القطب الموجب.

تحدث المشكلات عادةً عند السطح البيني غير المستقر بين المنحل بالكهرباء والكاثود لإعطاء البطارية كثافة طاقة عالية، يعمل الكاثود بجهد عالٍ، وتؤدي الفولتية الأعلى من قدرة الإلكتروليت إلى تدمير الإلكتروليت وتتسبب في تكوين طبقة على سطح الكاثود. يخلق هذا الأمر حاجزًا أمام الأيونات التي تحاول التحرك ذهابًا وإيابًا ، مما يتسبب في انخفاض قدرة البطارية بمرور الوقت. في حالة تلف حجرة البطارية، يمكن أن يحدث المزيد من العطل الكارثي ، بما في ذلك اشتعال البطارية.

واضاف "انها حالة غير مستقرة تحدث فيها جميع انواع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها". تؤدي هذه التفاعلات الكيميائية إلى انهيار المنحل بالكهرباء وتجعل من الصعب دخول الليثيوم ومغادرة الكاثود أو الأنود. تؤثر هذه العملية والمواد المتواجدة على سطح الكاثود على سعة تخزين الليثيوم وسرعة الشحن والتفريغ. يمكن أن يتسبب تحلل الإلكتروليت أيضًا في حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة، والتي تكون أكثر حدة في حالة كثافة الطاقة العالية المطلوبة لتشغيل المركبات الكبيرة.

وتساءل المتخصص في المواد ثنائية الأبعاد، عما إذا كان بإمكانه الحد من التدهور غير المرغوب فيه من خلال تغطية كاثود البطارية بطبقة واقية من الجرافين. إذ عندما اختبر هذه التقنية كانت النتائج مذهلة.