تصميم طريقة حديثة مشكلة شحن البطاريات في السيارات الكهربائية

حدد الباحثون كيفية تحسين أداء البطاريات القابلة لإعادة الشحن، والتي يمكن أن تؤدي إلى إعادة شحنها بشكل أسرع، حيث أضاف الباحثون ذرات معدنية كبيرة موجبة الشحنة في بطاريات لتحسين تخزين شحنها، والذي سيفيد في إنتاج بطاريات أخف وزنًا وأرخص سعرًا وأكثر أمنًا، بما في ذلك بطاريات السيارات الكهربائية.

تستخدم البطاريات العادية القابلة للشحن معدن الليثيوم لأنه يمكنها من تخزين الكثير من الطاقة، حيث تحتوي بطاريات الليثيوم التقليدية على قطبين، أحدهم مصنوع من الليثيوم والأخر من الكربون مغمورين في سائل أو معجون يسمى بالمنحل الكهربائي.

عندما يتم شحن البطارية  تتدفق الايوانات أو ذرات الشحن الموجبة من قطب الليثيوم إلى قطب الكربون، وعند تفريغ البطارية، تتدفق الأيونات في الاتجاه الآخر، وجدت دراسة جديدة نشرت في مجلة نيتشر كوميونيكيشان أن استخدام أيونات البوتاسيوم الموجبة داخل البطاريات يزيد التوصيل الكهربائي، مما يساعد أيون الليثيوم على التحرك بشكل أسرع، وتحسين قدرة شحن البطاريات.

قال البروفيسور سيف الإسلام، الذي شارك في تأليف الدراسة وأستاذ في قسم الكيمياء في جامعة باث: من المهم جدا لمستقبل التصميم فهم هذه العمليات لتطوير مواد البطارية، التي من الممكن أن تؤدي إلى شحن البطاريات أسرع ليعود بالنفع على المستهلكين والصناعة معا.

استخدم  البروفيسور عصام، مع البروفيسور رضا شهباز ياسر في جامعة إلينوي في شيكاغو وغيرهم من الباحثين، مزيج من التجارب الهيكلية والمحاكاة الحاسوبية لفهم سبب التأثير المفيد على أداء البطاريات بسبب إضافة أيونات البوتاسيوم في البطاريات، وفي الآونة الأخيرة، أجريت العديد من البحوث على البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ففي العام الماضي، كشف باحثون في جامعة سنترال فلوريدا طريقة جديدة لعمل مكثفات كهربائية فائقة، والتي أشاروا إليها بأنها من الممكن أن تغير كل الطرق التي نشحن بها أجهزتنا من الهاتف إلي السيارات.

كما درس باحثون استخدام المواد النانوية لتحسين المكثفات الفائقة التي يمكن أن تعزز أو حتى تمكننا من استبدال البطاريات في الأجهزة الإلكترونية، ومع ذلك، وجدوا المكثف السوبر الذي يحوي طاقة بقدر بطارية اليثيوم يجب أن يكون أكبر من ذلك بكثير.

جرب فريق العمل في UCF استخدام مواد ثنائية الأبعاد بضع ذرات سميكة في المكثفات الفائقة، حيث قاموا بوضع المكثفات الفائقة التي تتألف من الملايين من أسلاك النانومتر السميكة المغطاة بمواد ثنائية الأبعاد، مما يسهل نقل الإكترون السريع لشحن أسرع والتفريغ، حيث أن تلك ثنائية الأبعاد تنتج طاقة عالية.