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

يقول العلماء إن البطاريات ستسمح للسيارات الكهربائية بالسفر لمسافات أطول بشحنة واحدة في درجات الحرارة الباردة، وستكون أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة في المناخات الحارة.

سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد مرات شحن السيارات الكهربائية لسائقيها، بالإضافة إلى منحهم...بطارياتحياة أطول.

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

"أنت بحاجة إلى التشغيل في درجات حرارة عالية في المناطق التي يمكن أن تصل فيها درجة الحرارة المحيطة إلى ثلاثة أرقام وتصبح الطرق أكثر سخونة"، كما قال المؤلف الرئيسي البروفيسور تشنغ تشن من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو.

في المركبات الكهربائية، توجد حزم البطاريات عادةً أسفل أرضية السيارة، بالقرب من هذه الطرق الساخنة. كما أن البطاريات تسخن بمجرد مرور التيار الكهربائي فيها أثناء التشغيل.

"إذا لم تستطع البطاريات تحمل هذا التسخين عند درجة حرارة عالية، فسوف يتدهور أداؤها بسرعة."

في ورقة بحثية نُشرت يوم الاثنين في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، وصف الباحثون كيف احتفظت البطاريات في الاختبارات بنسبة 87.5% و115.9% من سعتها من الطاقة عند درجة حرارة -40 درجة مئوية (-104 فهرنهايت) و50 درجة مئوية (122 فهرنهايت) على التوالي.

كما أنها تتمتع بكفاءة كولومبية عالية تبلغ 98.2 بالمائة و 98.7 بالمائة على التوالي، مما يعني أن البطاريات يمكن أن تمر بدورات شحن أكثر قبل أن تتوقف عن العمل.

ويرجع ذلك إلى وجود إلكتروليت مصنوع من ملح الليثيوم وإيثر ثنائي البوتيل، وهو سائل عديم اللون يستخدم في بعض الصناعات مثل المستحضرات الصيدلانية والمبيدات الحشرية.

يساعد ثنائي بيوتيل الإيثر لأن جزيئاته لا تتفاعل بسهولة مع أيونات الليثيوم أثناء تشغيل البطارية، مما يحسن أدائها في درجات الحرارة تحت الصفر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لثنائي بيوتيل الإيثر أن يتحمل الحرارة بسهولة عند درجة غليانه البالغة 141 درجة مئوية (285.8 درجة فهرنهايت)، مما يعني أنه يبقى سائلاً في درجات الحرارة العالية.

ما يجعل هذا الإلكتروليت مميزًا للغاية هو أنه يمكن استخدامه مع بطارية الليثيوم والكبريت، وهي قابلة لإعادة الشحن ولها قطب موجب مصنوع من الليثيوم وقطب سالب مصنوع من الكبريت.

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

تُعد بطاريات الليثيوم والكبريت خطوة مهمة تالية في مجال بطاريات السيارات الكهربائية لأنها تستطيع تخزين طاقة تصل إلى ضعف الطاقة لكل كيلوغرام مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الحالية.

قد يؤدي ذلك إلى مضاعفة مدى السيارات الكهربائية دون زيادة وزنها.بطاريةقم بتعبئة الأمتعة مع الحفاظ على انخفاض التكاليف.

كما أن الكبريت أكثر وفرة ويسبب معاناة بيئية وبشرية أقل للمصدر مقارنة بالكوبالت، الذي يستخدم في كاثودات بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

عادة ما تكون هناك مشكلة في بطاريات الليثيوم والكبريت - حيث أن كاثودات الكبريت شديدة التفاعل لدرجة أنها تذوب عندما تعمل البطارية، ويزداد هذا الأمر سوءًا عند درجات الحرارة المرتفعة.

ويمكن أن تشكل مصاعد الليثيوم المعدني هياكل تشبه الإبر تسمى التشعبات التي يمكنها اختراق أجزاء من البطارية مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي.

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

يعمل محلول الإلكتروليت ثنائي بيوتيل الإيثر الذي طوره فريق جامعة كاليفورنيا في سان دييغو على حل هذه المشاكل، حتى في درجات الحرارة القصوى.

أظهرت البطاريات التي تم اختبارها عمرًا تشغيليًا أطول بكثير من بطارية الليثيوم والكبريت النموذجية.

قال تشين: "إذا كنت تريد بطارية ذات كثافة طاقة عالية، فعادةً ما تحتاج إلى استخدام مواد كيميائية قاسية ومعقدة للغاية".

"الطاقة العالية تعني حدوث المزيد من التفاعلات، مما يعني استقرارًا أقل، وتدهورًا أكبر."

"إن صنع بطارية عالية الطاقة ومستقرة هو مهمة صعبة في حد ذاتها - ومحاولة القيام بذلك من خلال نطاق واسع من درجات الحرارة يمثل تحديًا أكبر."

"يساعد الإلكتروليت الخاص بنا على تحسين كل من جانب الكاثود وجانب الأنود مع توفير موصلية عالية واستقرار بيني."

كما قام الفريق بتصميم مهبط الكبريت ليكون أكثر استقراراً عن طريق تطعيمه ببوليمر. وهذا يمنع ذوبان المزيد من الكبريت في الإلكتروليت.

وتشمل الخطوات التالية توسيع نطاق كيمياء البطارية بحيث تعمل في درجات حرارة أعلى وستؤدي إلى إطالة عمر الدورة بشكل أكبر.