بقوة جبارة.. علماء يبتكرون بطارية ليثيوم مرنة
تاريخ النشر: 16th, April 2025 GMT
نجح فريق من الباحثين بجامعة كاليفورنيا، بيركلي، في تطوير بطارية مرنة وآمنة تشبه الهلام، يمكنها تحمل الثني والقطع ، ما قد يمهد الطريق لثورة في عالم الأجهزة القابلة للارتداء والروبوتات اللينة.
نهاية لعهد البطاريات الصلبةتعبأ البطاريات الليثيوم أيونية التقليدية، التي تزود الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية بالطاقة، عادة، داخل حاويات صلبة ومحكمة لمنع تسرب مكوناتها الكيميائية القابلة للاشتعال، ما يجعل استخدامها في الأجهزة المرنة محدودًا.
لكن البطارية الجديدة، التي طورها باحثون بقيادة البروفيسور ليويي لين من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كاليفورنيا، تقدم بديلًا مرنًا وآمنًا، يعتمد على إلكتروليت هلامي مائي غير سام.
تمكنت هذه البطارية الهلامية من العمل بكفاءة حتى بعد تعريضها للثني بزاوية 180 درجة، أو طعنها بالإبر، أو حتى قطعها بشفرة حادة. والأكثر إثارة للإعجاب، أنها استعادت نحو 90% من طاقتها الأصلية بعد إعادة تجميعها وتسخينها، ما يشير إلى خاصية "الشفاء الذاتي".
كيف تم التغلب على قيود الهلاميات المائية؟عانت البطاريات السابقة التي استخدمت هلاميات مائية (Hydrogels) من مشكلتين أساسيتين، وهما عمر قصير للغاية، حيث لا يتجاوز بضع ساعات أو أيام، ونافذة استقرار كهربائي ضيقة، حيث يبدأ الماء في التحلل إلى هيدروجين وأكسجين عند 1.2 فولت فقط، مما يحد من جهد البطارية.
لحل هذه المعضلة، استخدم الباحثون بوليمر "زويتيريوني" (zwitterionic polymer) – وهو نوع يحتوي على شحنات موجبة وسالبة ، لربط جزيئات الماء بقوة داخل شبكة الهلام، ومنعها من التحلل حتى عند فولتية أعلى.
كما استخدموا ملح ليثيوم خالٍ من الفلور (لتجنب السمية) ومادة الأكريليك كعامل ربط.
بطارية قليلة الماء كثيرة الأمانفيما لم يغمر الباحثون الهلام بالماء كالمعتاد، بل تركوه يمتص رطوبة الهواء ليصل إلى نسبة مياه لا تتعدى 19%، مقارنةً بـ80% في الهلاميات التقليدية، وكانت النتيجة أن الهلاميات أصبحت مستقرة إلكترونيا وتعمل في رطوبة الغرفة العادية (50%)، وتولد طاقة عند 3.1 فولت تقريبًا – وهي قريبة من بطاريات الليثيوم التجارية – دون تحلل كبير للماء.
تطبيقات جديدة وتحديات قائمةبينما أظهرت البطارية الجديدة قدرة على العمل لأكثر من 500 دورة شحن كاملة، وهو رقم مشابه لما تصمَّم عليه بطاريات الهواتف الذكية، لكنها احتفظت بنحو 60% فقط من طاقتها الأصلية بعد هذه الدورات، مقارنةً بـ80% في البطاريات التجارية، ما يشير إلى وجود هامش للتحسين.
كما أن كثافة الطاقة لا تزال منخفضة، نحو عشر ما تقدمه البطاريات التقليدية. لكن البروفيسور لين يرى الأمر من منظور مختلف:"إذا استخدمنا هذه البطارية في سوار الساعة الذكية، مثلًا، يمكننا زيادة المساحة المخصصة للطاقة، ما قد يمد عمر البطارية من يوم واحد إلى أسبوع."
المصدر: صدى البلد
كلمات دلالية: بطارية السيارات الكهربائية المزيد
إقرأ أيضاً:
خرافة أم حقيقة .. هل يؤدي ترك الهاتف متصلاً بالشاحن بعد امتلائه إلى إتلاف البطارية؟
تحسم كبرى الشركات المصنعة للهواتف الذكية (مثل آبل، و سامسونج، وجوجل) الجدل القديم المستمر حول مخاطر ترك الهاتف متصلاً بالشاحن لفترات طويلة أو طوال الليل، حيث أكدت التقارير التقنية الحديثة أن الهواتف الذكية الحالية تمتلك أنظمة حماية متطورة تمنع "الشحن الزائد" فعلياً.
وتوضح هذه المصادر أن الخوف من انفجار البطارية أو تلفها الفوري بمجرد تركها على الشاحن أصبح من الماضي، بفضل تقنيات إدارة الطاقة المدمجة في الأجهزة الحديثة.
آلية الحماية: توقف التيار تلقائياًتعتمد الهواتف الذكية المنتجة في العقد الأخير على بطاريات "الليثيوم أيون"، والتي صُممت لتكون ذكية بما يكفي لقطع التيار الكهربائي بمجرد وصول نسبة الشحن إلى 100%.
ويشير خبراء التقنية إلى أن الهاتف عند امتلائه يتحول للعمل مباشرة من طاقة الشاحن (التيار المتردد) متجاوزاً البطارية، مما يعني أن البطارية لا تتلقى أي طاقة إضافية تؤدي إلى انتفاخها أو تلفها المباشر كما كان يحدث في البطاريات القديمة (النيكل كادميوم).
يحذر مهندسو البطاريات، رغم وجود أنظمة الأمان، من ظاهرة تُعرف بـ "الشحن المتقطع" (Trickle Charging).
وتحدث هذه العملية عندما تنخفض نسبة البطارية قليلاً (إلى 99%) أثناء اتصالها بالشاحن، فيقوم النظام بإعادة شحنها مجدداً، وتكرار هذه العملية طوال الليل يولد "حرارة زائدة".
وتؤكد الدراسات أن الحرارة هي العدو الأول لبطاريات الليثيوم، حيث تؤدي إلى تسريع التفاعلات الكيميائية داخل البطارية، مما يقلل من سعتها وعمرها الافتراضي على المدى الطويل، وليس التلف الفوري.
الحلول الذكية من الشركاتطرحت شركات التشغيل (Google و Apple) حلولاً برمجية لتفادي هذه المشكلة، وفقاً للتحديثات الأخيرة لأنظمة التشغيل.
فقد قدمت آبل ميزة "شحن البطارية المحسن" (Optimized Battery Charging)، بينما قدمت أندرويد ميزة "البطارية التكيفية"، وتعمل هذه الميزات عبر الذكاء الاصطناعي لفهم روتين نوم المستخدم، حيث تقوم بإيقاف الشحن عند نسبة 80%، وتكمل النسبة المتبقية قبل استيقاظ المستخدم بدقائق، لتجنب بقاء الهاتف عند نسبة 100% لفترة طويلة.
الخلاصة والنصيحة الذهبيةيتفق الخبراء في ختام تقاريرهم على أن ترك الهاتف على الشاحن لن يؤدي لكارثة، ولكنه قد يساهم في "شيخوخة" البطارية بشكل أسرع قليلاً من المعتاد.
وينصح المختصون للحفاظ على البطارية لسنوات طويلة، بمحاولة إبقائها في نطاق شحن ما بين 20% و80% قدر الإمكان، وتجنب شحن الهاتف في أماكن ذات درجات حرارة مرتفعة أو وضعه تحت الوسادة أثناء الشحن.
وزير الخارجية يلتقي نائب رئيس الوزراء ووزير خارجية بولندا