ما رأيك في بطارية لهاتفك الخلوي تخدمك لمدة اسبوع قبل أن تحتاج لإعادة الشحن وعندئذ، لن يلزمك أكثر من ربع ساعة لهذه العملية؟
لا شك أن أكثر المشكلات إزعاجا فيما يتعلق بالخلوي إضافة الى انتهاء الرصيد فجأة، هي نفاذ شحن البطارية وسقوط الهاتف في حالة إغماء ( ولا نقول موت) حتى يعاد الشحن.
وبالطبع، فإن هذه القضية تهم بلايين البشر، مع انتشار الهاتف الخلوي بين مختلف فئات المجتمع وأعماره وفي مختلف البلدان والمجتمعات. لكن يبدو أن المستقبل القريب سيحمل حلا لهذه المشكلة، وذلك بفضل فريق من المهندسين من جامعة نورث وسترن ( الجامعة الشمالية الغربية) الأميركية. توصل هذا الفريق الى ابتكار قطب كهربائي، الكترود، جديد لبطاريات أيون الليثيوم القابلة للشحن، بحيث يرفع سعتها عشرة أضعاف البطاريات الحالية، كما أن سرعة الشحن ستتضاعف هي أيضا عشرة أضعاف، بحيث يتم شحن البطارية خلال 15 دقيقة فقط. ويمكن لهذه التقنية الجديدة أن تساهم أيضا في جعل بطاريات السيارات الكهربائية اصغر وأكفأ. لكن تطوير هذا الاختراع سيتطلب ما بين ثلاث وخمس سنوات قبل أن يصبح من الممكن طرح البطاريات الجديدة في الأسواق.
يعتمد عمل بطارية أيون الليثيوم على تفاعل كيماوي يتمثل في انتقال ايونات الليثيوم بين قطبي البطارية. فعند شحن البطارية، تنتقل هذه الأيونات من القطب السالب أو المهبط ( الكاثود) الى القطب الموجب أو المصعد (الأنود). وأثناء استخدام الهاتف الخلوي، تنتقل الأيونات بالاتجاه المعاكس، عبر المحلول الكهربائي المتأين، وتفرغ البطارية شيئا فشيئا.
تعاني التقنية الحالية لبطاريات ايون الليثيوم من عيبين. أولهما أن سعتها للطاقة محدودة، والسعة تحدد المدة التي يمكن أن نستعمل بها البطارية. وسبب ذلك هو أن كثافة الشحنات، أي كمية أيونات الليثيوم، التي يمكن للقطب الموجب أو السالب أن يحتويها، هي كمية محدودة.
والعيب الثاني هو بطء عملية شحن البطارية، وهي تعتمد على سرعة حركة أيونات الليثيوم داخل المحلول الكهربائي من المهبط الى المصعد، أو من القطب السالب الى الموجب.
يتكون المصعد في البطاريات القابلة للشحن والمستخدمة حاليا من عدة طبقات من صفائح الغرافين الكربونية، وهي تستوعب ذرة ليثيوم واحدة لكل ست ذرات كربون. وبهدف زيادة سعة الطاقة، جرب الباحثون في السابق وضع السلكون محل الكربون، لأن السلكون يستوعب عددا أكبر من ذرات الليثيوم، 4 ذرات ليثيوم لكل ذرة سلكون. لكن المشكلة هي أن السلكون يتمدد ويتقلص بمقدار كبير أثناء عملية الشحن، مما يسبب تشققه وفقدانه لقدرته على استيعاب الشحنات.
أما سرعة الشحن فتعتمد حاليا على شكل صفائح الغرافين، البالغة الرقة، إذ ان سمكها ذرة واحدة فقط من الكربون، لكنها طويلة جدا. وأثناء الشحن فإن على أيونات الليثيوم أن تتحرك على طول صفائح الغرافين ثم تدخل بين الصفائج وتستقر هناك. وهذه الرحلة تستغرق وقتا طويلا.
وقد توصل فريق الباحثين بقيادة هرولد ُكنغ الى الجمع بين تقنيتين للتغلب على هاتين المشكلتين. فمن أجل تحقيق الاستقرار للسلكون، وضعوا صفائح السلكون بين صفائح الغرافين المرنة. كما تم استخدام عملية أكسدة لإحداث ثقوب بالغة الصغر، ويتراوح قطرها بين 10 الى 20 نانومتر داخل صفائح الغرافين، مما يمكن أيونات الليثيوم من دخولها دون الإضطرار الى التحرك على طول الصفائح والدخول من طرفها كما هو الحال في التقنية الحالية.، وهذا يجعل عملية الشحن أسرع بعشر مرات. نلاحظ أن جميع هذه التطويرات تتعلق بالمصعد لكن الباحثين يخططون لتطوير المهبط أيضا من أجل زيادة كفاءة البطارية.
كما أنهم يعملون على تطوير نظام السائل الكهربائي لجعل البطارية تتوقف عن العمل تلقائيا في درجات الحرارة العالية، وهذه آلية أمان ضرورية عند استخدام البطارية في السيارات الكهربائية.
Eurekalert 14/11/2011
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق