تهدد عرش تسلا.. بطارية ثورية تضاعف مدى السيارات الكهربائية

نجح علماء صينيون في تحقيق اختراق علمي في مجال تخزين الطاقة عن طريق تطوير بطارية ليثيوم معدنية قادرة على تخزين الطاقة ضعف بطاريات تيسلا الجديدة.

ففي دراسة رائدة نُشرت في مجلة نيتشر كشفت أن علماء في جامعة تيانجين الصينية قد طوروا بطارية ليثيوم معدنية تستطيع تخزين أكثر من 600 واط/ساعة لكل كيلوغرام، وهي قفزة نوعية مقارنةً ببطارية تسلا الرائدة التي تبلغ 300 واط/ساعة لكل كيلوغرام.

من المتوقع أن يؤثر هذا الاختراق على المركبات الكهربائية ومجموعة من التطبيقات، بما في ذلك الطائرات بدون طيار، مما قد يقلل من المخاوف بشأن محدودية المدى ويجعل المركبات الكهربائية أخف وزناً وأكثر كفاءة.

يمثل تطوير هذه البطارية عالية الكثافة تقدماً هائلاً في مجال تخزين الطاقة، الذي كان عائقاً رئيسياً أمام تحسين أداء المركبات الكهربائية واعتمادها وفق "ديلي ميل".

وقد استخدم باحثون في جامعة تيانجين نهجاً مبتكراً لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم المعدنية، متجاوزين بذلك القيود الكامنة في تصميمات البطاريات التقليدية، فكثافة طاقة البطارية الجديدة لا تتفوق بكثير على بطاريات تيسلا فحسب، بل تتجاوز أيضاً توقعات مبادرة "صنع في الصين 2025" الصينية لبطاريات السيارات الكهربائية، والتي حددت هدفاً قدره 400 واط/كجم.

تعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية تقنية واعدة من الجيل التالي، نظراً لكثافة طاقتها النظرية الأعلى مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية، ومع ذلك، واجهت بطاريات الليثيوم المعدنية تحديات كبيرة في التطبيق العملي، ومن أهم هذه التحديات عدم استقرار أيونات الليثيوم أثناء الشحن والتفريغ، مما قد يؤدي إلى تدهور الأداء، ومخاطر السلامة، وتقصير عمر البطارية.

عالج باحثون في جامعة تيانجين هذه المشكلات بإعادة تصميم الإلكتروليتات المستخدمة في بطاريات الليثيوم متوسطة الكثافة، حيث تعتمد الإلكتروليتات التقليدية على هياكل إذابة منظمة، مما يساعد على تثبيت أيونات الليثيوم، ولكنه يحد أيضاً من قدرتها على الحركة بحرية أثناء الشحن والتفريغ.

تُنشئ هذه الهياكل حواجز تُبطئ نقل الأيونات، مما يُضعف الأداء العام للبطارية، وكما أوضح مؤلفو الدراسة: " التطبيقات العملية لبطاريات الليثيوم متوسطة الكثافة مُقيدة بتصميمات الإلكتروليتات الحالية التي تعتمد بطبيعتها على هياكل إذابة مهيمنة".

ومن خلال تطوير "إلكتروليت غير موضعي" ببيئة دقيقة أكثر تنظيماً وانسيابية لأيونات الليثيوم، تمكن الباحثون من التغلب على هذه العوائق، حيث يسمح هذا التصميم الجديد بنقل أيوني أفضل، واستقرار أفضل، وكثافة طاقة أعلى. ونتيجةً لذلك، تقدم البطارية أداءً غير مسبوق بكثافة طاقة تبلغ 604.2 واط/كجم ، مع الحفاظ على دورة شحن مستقرة لأكثر من 100 دورة شحن وتفريغ.

تتجاوز آثار هذا الاختراق مجال السيارات الكهربائية بكثير، فبالنسبة للسيارات الكهربائية، يمكن للبطارية الجديدة أن تُخفف بشكل فعال من قلق المدى - الخوف من نفاد طاقة البطارية قبل الوصول إلى محطة الشحن - وهو قلقٌ لطالما أزعج مشتري السيارات الكهربائية المحتملين، بفضل كثافة طاقة ضعف كثافة بطارية تيسلا الأكثر تطورًا ، يمكن للسيارات الكهربائية أن تقطع مسافات أطول بكثير بشحنة واحدة، علاوة على ذلك، يمكن أن يُسهم انخفاض الوزن وزيادة كثافة الطاقة في خفض تكاليف التصنيع وتحسين الكفاءة العامة للسيارات الكهربائية، مما يجعلها أكثر جاذبيةً للمستهلكين.

يمكن استخدام البطارية في تطبيقات الطائرات بدون طيار بفضل كثافة طاقة تسمح برحلات أطول، مما يفتح آفاقًا جديدة للاستخدام التجاري والترفيهي لهذه الطائرات. وكما أشار الباحثون: "لقد نشرنا بالفعل هذه التقنية الجديدة لإنتاج بطاريات ليثيوم معدنية عالية الطاقة للطائرات بدون طيار".

ومن شأن هذه التقنية إحداث ثورة في قطاعات مثل الخدمات اللوجستية والزراعة والمراقبة، حيث تُمثل قدرة الطائرات بدون طيار على التحمل عائقًا رئيسيًا.

على الرغم من الآمال الواعدة التي تُبشّر بها بطارية الليثيوم المعدنية، إلا أن الطريق نحو انتشارها على نطاق واسع لا يخلو من التحديات، ومن أبرز هذه التحديات توسيع نطاق الإنتاج مع الحفاظ على جودة البطارية وثبات أدائها، وتُعرف بطاريات الليثيوم المعدنية بأنها أكثر حساسيةً لعيوب التصنيع من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، مما قد يُشكّل صعوبات في الإنتاج الضخم.