بطارية الحالة الصلبة الجديدة تشحن خلال دقائق وتدوم آلاف الدورات

طور باحثون من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد بطارية ليثيوم معدني جديدة يمكن شحنها وتفريغها أكثر من 6000 مرة، ما يجعلها تتفوق على بطاريات الأكياس الأخرى وتتميز بسرعة الشحن خلال دقائق. تتميز بطاريات الليثيوم المعدني بكثافة طاقة عالية ووزن أقل مقارنةً بتقنية الليثيوم أيون، وذلك بفضل استخدام الليثيوم المعدني بدلاً من الجرافيت الثقيل كمصعد. ومع ذلك، فإن أحد أكبر التحديات في تصميم هذه البطاريات هو تكوّن “الشوارد” على سطح المصعد، مما يؤدي إلى تدهور البطارية بسرعة وربما اشتعالها.

حل مشاكل تكوّن الشوارد

في أبحاث سابقة عام 2021، طور البروفيسور شين لي وفريقه في جامعة هارفارد طريقة للحد من الشوارد عبر تصميم بطارية متعددة الطبقات، تتألف من مواد مختلفة بين المصعد والمهبط لتقييد الشوارد. وفي البحث الجديد، تم استخدام جسيمات السيليكون الدقيقة في المصعد لتقييد تفاعل الليثيوم وتسهيل طلاء سطح موحد من الليثيوم المعدني. وعند الشحن، تلتصق الأيونات بسطح جسيمات السيليكون دون التغلغل داخلها.

وقال لي، “في تصميمنا، يُغلِّف الليثيوم المعدني جسيمات السيليكون مثل قشرة الشوكولاتة حول حبة البندق”، مما يمنع نمو الشوارد، ويتيح شحن البطارية خلال 10 دقائق فقط. ”

كفاءة عالية وعمر طويل

تم اختبار البطارية بحجم أكبر من البطاريات الجامعية التقليدية، حيث حافظت على 80% من سعتها بعد 6000 دورة شحن، متفوقة على البطاريات المماثلة. وقد رُخّصت هذه التقنية لشركة  Adden Energy، إحدى الشركات الناشئة التابعة لجامعة هارفارد، والتي تعمل على تطويرها لبطاريات بحجم الهاتف الذكي.

إمكانيات جديدة لمواد المصعد

اعتمد الفريق على السيليكون لتقييد انتشار الليثيوم وتوزيع الشحنة بشكل متساوٍ، مما يفتح الباب لاستخدام مواد أخرى، مثل الفضة، لتحقيق أداء مشابه. وقال لي: “تقدم أبحاثنا آلية جديدة لتحديد مواد مبتكرة في تصميم البطاريات.”