نوع جديد منبطارية للسيارات الكهربائيةيمكن أن يعيش لفترة أطول في درجات الحرارة شديدة الحرارة والبرودة، وفقا لدراسة حديثة.

ويقول العلماء إن البطاريات ستسمح للمركبات الكهربائية بالسفر لمسافة أبعد بشحنة واحدة في درجات الحرارة الباردة، وستكون أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة في المناخات الحارة.

قد يؤدي هذا إلى تقليل الشحن المتكرر لسائقي المركبات الكهربائية بالإضافة إلى توفير الطاقةالبطارياتحياة أطول.

ابتكر فريق البحث الأمريكي مادة جديدة أكثر مقاومة كيميائيا لدرجات الحرارة القصوى ويتم إضافتها إلى بطاريات الليثيوم عالية الطاقة.

وقال كبير الباحثين البروفيسور تشنغ تشن من جامعة كاليفورنيا-سان دييغو: "نحن بحاجة إلى تشغيل بدرجة حرارة عالية في المناطق التي يمكن أن تصل فيها درجة الحرارة المحيطة إلى ثلاثة أرقام، وتصبح الطرق أكثر سخونة".

"في السيارات الكهربائية، عادة ما تكون مجموعات البطاريات تحت الأرض، بالقرب من هذه الطرق الساخنة.بالإضافة إلى ذلك، ترتفع درجة حرارة البطاريات بمجرد مرور التيار أثناء التشغيل.

"إذا لم تتمكن البطاريات من تحمل هذا الإحماء في درجة حرارة عالية، فسوف يتدهور أدائها بسرعة."

في بحث نُشر يوم الاثنين في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences، وصف الباحثون كيف حافظت البطاريات، أثناء الاختبارات، على 87.5 بالمائة و115.9 بالمائة من سعة الطاقة عند -40 درجة مئوية (-104 فهرنهايت) و50 درجة مئوية (122 فهرنهايت) ) على التوالى.

كما أنها تتمتع بكفاءة كولومبية عالية تبلغ 98.2% و98.7% على التوالي، مما يعني أن البطاريات يمكن أن تمر بمزيد من دورات الشحن قبل أن تتوقف عن العمل.

ويرجع ذلك إلى الإلكتروليت الذي يتكون من ملح الليثيوم وإيثر ثنائي بوتيل، وهو سائل عديم اللون يستخدم في بعض الصناعات مثل الأدوية والمبيدات الحشرية.

يساعد إيثر ثنائي بوتيل لأن جزيئاته لا تلعب الكرة مع أيونات الليثيوم بسهولة أثناء تشغيل البطارية ويحسن أداءها في درجات حرارة تحت الصفر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لإيثر ثنائي بوتيل أن يتحمل الحرارة بسهولة عند نقطة الغليان البالغة 141 درجة مئوية (285.8 فهرنهايت)، مما يعني أنه يبقى سائلاً عند درجات حرارة عالية.

ما يجعل هذا المنحل بالكهرباء مميزًا للغاية هو أنه يمكن استخدامه مع بطارية ليثيوم كبريت، وهي قابلة لإعادة الشحن ولها أنود مصنوع من الليثيوم وكاثود مصنوع من الكبريت.

الأنودات والكاثودات هي أجزاء البطارية التي يمر من خلالها التيار الكهربائي.

تعد بطاريات الليثيوم-الكبريت خطوة تالية مهمة في بطاريات السيارات الكهربائية لأنها تستطيع تخزين ما يصل إلى ضعفي الطاقة لكل كيلوغرام من بطاريات الليثيوم أيون الحالية.

وهذا يمكن أن يضاعف نطاق المركبات الكهربائية دون زيادة وزن السيارةبطاريةحزمة مع الحفاظ على انخفاض التكاليف.

كما أن الكبريت أكثر وفرة ويسبب معاناة بيئية وإنسانية أقل للمصدر من الكوبالت، الذي يستخدم في كاثودات بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

عادة، هناك مشكلة في بطاريات الليثيوم والكبريت - كاثودات الكبريت شديدة التفاعل بحيث تذوب عند تشغيل البطارية ويزداد الأمر سوءًا عند درجات الحرارة المرتفعة.

ويمكن أن تشكل أنودات معدن الليثيوم هياكل تشبه الإبرة تسمى التشعبات التي يمكن أن تخترق أجزاء من البطارية بسبب قصر الدائرة الكهربائية.

ونتيجة لذلك، فإن هذه البطاريات لا تدوم إلا لعشرات الدورات.

يعمل إلكتروليت إيثر ثنائي بوتيل الذي طوره فريق جامعة كاليفورنيا في سان دييغو على إصلاح هذه المشاكل، حتى في درجات الحرارة القصوى.

كانت البطاريات التي اختبروها تتمتع بدورة حياة أطول بكثير من بطارية الليثيوم والكبريت النموذجية.

وقال تشين: "إذا كنت تريد بطارية ذات كثافة طاقة عالية، فستحتاج عادةً إلى استخدام كيمياء قاسية ومعقدة للغاية".

"الطاقة العالية تعني حدوث المزيد من التفاعلات، مما يعني استقرارًا أقل، والمزيد من التدهور.

"إن صنع بطارية مستقرة وعالية الطاقة هي مهمة صعبة في حد ذاتها - ومحاولة القيام بذلك من خلال نطاق واسع من درجات الحرارة هو أمر أكثر صعوبة.

"يساعد المنحل بالكهرباء الخاص بنا على تحسين كل من جانب الكاثود وجانب الأنود مع توفير الموصلية العالية والاستقرار البيني."

قام الفريق أيضًا بتصميم كاثود الكبريت ليكون أكثر استقرارًا عن طريق تطعيمه بالبوليمر.وهذا يمنع المزيد من الكبريت من الذوبان في المنحل بالكهرباء.

تتضمن الخطوات التالية زيادة كيمياء البطارية بحيث تعمل في درجات حرارة أعلى مما يؤدي إلى إطالة عمر الدورة.