تعد بطارية معدن الليثيوم (Lithium-metal battery) مثالية للسيارات الكهربائية، حيث أنها أخف وزناً وتنتج ما يقارب ضعف الطاقة الناتجة من بطارية الليثيوم أيون (Lithium-ion battery)، و ابتكر فريق من العلماء في مختبر تابع لوزارة الطاقة الأمريكية بطارية من معدن الليثيوم تدوم لـ 600 دورة شحن، بينما تدوم بطاريات الليثيوم أيون إلى 1000 دورة شحن، ولكن لن تستطيع قطع مسافة بعيدة لشحنة واحدة كما هو الحال مع بطارية معدن الليثيوم.
تم إجراء بحث جديد من خلال مركز الابتكار والذي يعرف ب (Battery500) لتطوير بطاريات السيارات الكهربائية التي تكون أخف وزناً وأقل تكلفة من تلك المستخدمة حاليًا، حيث وجد فريق Pacific Northwest National Laboratory أو PNNL طريقة لزيادة عمر البطارية من خلال استخدام شرائح رقيقة من الليثيوم بعرض 20 ميكرو متر فقط، تتميز بطارية الليثيوم المعدنية التي أنشأها فريق Battery500 بكثافة طاقة تبلغ 350 واط ساعة / كجم وبعد 600 دورة شحن احتفظت البطارية بنسبة 76% من سعتها الأولية.
قبل أربع سنوات كانت بطارية الليثيوم المعدنية التجريبية تعمل لمدة 50 دورة فقط، أما الآن فقد حقق فريق PNNL أرقاماً تتجاوز 600 دورة شحن، ويظهر الشكل (1) الخلية الجيبية المصنوعة من معدن الليثيوم من تطوير فريق PNNL.
وجد العلماء أن الشرائح السميكة تساهم بشكل مباشر في تعطل البطارية وهذا بسبب التفاعلات المعقدة حول الأنود المعروفة باسم solid electrolyte interphase أو SEI وهي نتيجة التفاعلات الجانبية بين الليثيوم والإلكترولايت إنها بمثابة بوابة تسمح لجزيئات معينة بالانتقال من القطب الموجب إلى الإلكترولايت والعودة مرة أخرى مع إبقاء الجزيئات الأخرى في مكانها، و يسمح SEI بشكل فعال بمرور أيونات الليثيوم ولكنه يحد من التفاعلات الكيميائية الغير مرغوب فيها والتي تقلل من أداء البطارية، لذلك يتم استخدام الشرائح الرقيقة والذي يتدفق بها الإلكترولايت إلى الجيوب العميقة من الليثيوم لزيادة التفاعلات الكيمائية كما يوضح الشكل (2).
يهدف مشروع Battery500 إلى زيادة كمية الطاقة المعبأة لكل كجم من البطارية، والهدف هو المزيد من الطاقة في سيارة أخف وزنًا يمكنها قطع مسافة أبعد للشحنة الواحدة، تقع بطاريات السيارات الكهربائية اليوم في حدود (200-250) واط ساعة/ كغم، بينما يهدف مشروع Battery500 إلى مستوى خلية يبلغ (500) واط ساعة / كجم وبعدد دورات شحن يتجاوز 1000 دورة، ولكن هناك بعض المشاكل المتعلقة بالسلامة لبطاريات الليثيوم المعدنية ويعمل فريق Battery500 على حلها وتطويرها لكي يتم اعتماد هذه البطاريات مستقبلاً.
المرجع:
