ابوظبي - ياسر ابراهيم - السبت 1 نوفمبر 2025 06:21 مساءً - تعتبر بطاريات الحالة الصلبة مفتاحاً لتطوير مركبات كهربائية أكثر أماناً وقوةً وعمراً أطول، على عكس خلايا أيونات الليثيوم التقليدية التي تستخدم بطارياتها إلكتروليتات سائلة قابلة للاشتعال.
بطاريات الحالة الصلبة تستخدم بطارياتها إلكتروليتات صلبة ما يجعلها أفضل من الليثيوم لكن رغم ذلك واجهت صعوبة في الوصول إلى الإنتاج على نطاق واسع بسبب ميلها إلى التشقق والتدهور عند تعرضها للشحن السريع أو البرودة الشديدة.
قام باحثون من كلية شنتشن الدولية للدراسات العليا بجامعة تسينغهوا وجامعة تيانجين بتطوير طبقة "درع مرنة" تعمل على تعزيز سطح البطارية، مما يساعدها على تحمل الضغط والحفاظ على الأداء حتى في ظروف التجمد.
اتخذ فييو كانج ويانبينغ هي من كلية شنتشن الدولية للدراسات العليا بجامعة تسينغهوا، بالتعاون مع الأستاذ كوان هونغ يانغ من جامعة تيانجين، نهجاً غير تقليدي لتحسين البطاريات ذات الحالة الصلبة - من خلال جعلها أكثر مرونة بدلاً من جعلها أكثر صلابة.
تكمن إحدى نقاط الضعف الرئيسية في هذه البطاريات في الطور البيني للإلكتروليت الصلب، وهو طبقة واقية صلبة عادةً لكنها هشة، وعرضة للتشقق تحت الضغط.
بمجرد تشققها، تتسبب في تراكم غير متساوٍ لليثيوم، مما يؤدي إلى تدهور أسرع وتقصير عمر البطارية.
باستخدام مادتي الفضة Ag₂S وAgF، طوّر الباحثون طبقة مرنة قابلة للانحناء قليلاً دون أن تنكسر، محافظةً على ثبات هيكلها مع السماح لأيونات الليثيوم بالحركة بسلاسة.
خلال الاختبارات المعملية، أظهرت بطاريات الحالة الصلبة التي أعاد الفريق تصميمها متانة واستقراراً ملحوظين، متجاوزةً بذلك التصاميم التقليدية بكثير.
عملت البطاريات بشكل متواصل لأكثر من 4500 ساعة في ظل ظروف ضغط عالية، بعد استخدام الطلاء الجديد وهو مستوى يُظهر قدرة الطلاء على مقاومة التشقق والتلف بمرور الوقت.
والأكثر إثارة للإعجاب هو أنها حافظت على أداء مستقر لأكثر من 7000 ساعة عند درجة حرارة -30 درجة مئوية، وهي درجات حرارة عادةً ما تُشل أو تُدمر معظم خلايا الحالة الصلبة.
محاكاة الطبيعة لتقوية بطاريات الحالة الصلبة
حقق الباحثون هذا الاختراق من خلال هندسة بنية تدريجية متعددة الطبقات تجمع بين المواد الناعمة والصلبة - وهو تصميم مستوحى من كيفية توازن الطبيعة بين المرونة والقوة في الأنظمة البيولوجية مثل الأصداف أو الأوتار.
يساعد هذا الهيكل الهجين على توزيع الضغط الميكانيكي بالتساوي على البطارية، مما يمنع التشققات والتلف الهيكلي، مع الحفاظ على توزيع أيونات الليثيوم بالتساوي أثناء الشحن والتفريغ، والنتيجة بطارية صلبة أكثر استقراراً ومتانة، قادرة على تحمل الظروف القاسية دون فقدان كفاءتها.
يُؤكد العلماء أن هذا الابتكار لا يُمهّد الطريق للإنتاج الضخم فوراً، فتصنيع بطاريات الحالة الصلبة على نطاق واسع لا يزال يُمثل تحدياً مُعقّداً، ويتطلب مزيداً من التقدم في معالجة المواد، وخفض التكاليف، والتكامل مع أنظمة البطاريات الحالية.
ومع ذلك، تمثل الدراسة خطوة واعدة نحو جعل البطاريات ذات الحالة الصلبة أكثر موثوقية وعملية للاستخدام في العالم الحقيقي، من السيارات الكهربائية إلى تخزين الطاقة المتجددة ، وخاصة في البيئات القاسية.
أخبار متعلقة :