ابوظبي - ياسر ابراهيم - الاثنين 24 مارس 2025 09:05 صباحاً - نجح علماء صينيون في تحسين زمن شحن بطارية السيارات الكهربائية دون المساس بسعة الطاقة أو عمرها الافتراضي، باستخدام مادة جديدة، عن طريق حركة الأيونات، مما يُمكّن من شحن أسرع في ثوان معدودة.
تصميم
وقام الفريق العلمي بتصميم مادة بلورية تُسمى أكسيد النيوبيوم والتنغستن (NbWO) بهدف تسريع عملية الشحن.
ومن المتوقع أن تُفيد هذه المادة الجديدة في العديد من التطبيقات التي تتطلب شحن بطاريات الليثيوم أيون في غضون دقيقة واحدة.
وقد وجد الباحثون أن خاصية الشحن السريع لهذه المادة تنبع من عملية استرخاء شبكية مثيرة للاهتمام تعتمد على معدل الشحن، وترتبط بتأثير جان-تيلر، حيث يستجيب الهيكل البلوري لـ NbWO بشكل مختلف لسرعات الشحن، ويكشف المجهر الإلكتروني الموضعي أيضًا عن آلية نقل Li+ اتجاهية ومفضلة في بلورات Nb16W5O55، والتي تُشكل "عائقًا" أمام الشحن السريع ، مما يمنع دخول أي Li+ مُذاب عبر الأسطح غير السطحية السائدة، وفقًا للباحثين.
استخدم فريق البحث مجاهر إلكترونية متطورة ، ووجد أن بنية بلورة NbWO تستجيب بشكل مختلف لسرعات الشحن، وسلطوا الضوء على أن أيونات الليثيوم تُرتب نفسها في أنماط دقيقة أثناء الشحن البطيء، مما يُسبب تشوهات هيكلية، بينما تتوزع الأيونات بشكل أكثر عشوائية في جميع أنحاء المادة أثناء معدلات الشحن العالية.
آليات تخزين الليثيوم
وأوضح ياكينغ غو وييفي يوان، المؤلفان الرئيسيان لهذا العمل من جامعة ونتشو، لموقع نانوويرك: "جمعنا بين المجهر الإلكتروني الموضعي المتقدم وقدرة التحليل الذري المتطورة، مما أتاح لنا التعمق في علوم المواد على نطاق صغير للغاية، والتي ظلت غامضة لفترة طويلة"، وكشف الباحثان أيضًا أن نتائج هذا البحث ستساهم في تعزيز معرفة آليات تخزين الليثيوم في مواد الشحن السريع، مما يُسهم في تطوير عمل البطاريات.
ونُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications ، واقترح الباحثون أن استراتيجية هندسة الواجهة يمكن أن تعمل على نقل أيونات الليثيوم المذابة المحيطة بأسطح NbWO إلى فتحات الأنفاق الموجهة حيث يكون تداخل Li + أكثر ملاءمة مع حاجز طاقة منخفض، مما يمكنه التغلب على الاختناق المصاحب للشحن السريع في مواد NbWO.
نتائج
وكشفت التقارير أن المادة المعدلة التي ابتكرها الباحثون، والمعروفة باسم rGO/Nb₁₆W₅O₅₅، تم شحنها عند 80 درجة مئوية، لتصل إلى 116 ميلي أمبير في الساعة لكل غرام في 45 ثانية، أي ما يعادل 68.5% من سعتها النظرية.
في اختبار النموذج الأولي، حافظت البطاريات المصنوعة من هذه المادة المُحسّنة على 77% من سعتها الأولية بعد 500 دورة شحن سريع. وأظهرت المادة كثافة طاقة عالية، حيث وصلت إلى 406 واط/ساعة لكل كيلوغرام عند استهلاك طاقة أقل، وحافظت على 186 واط/ساعة لكل كيلوغرام عند مخرجات طاقة عالية. وأفادت شركة نانوويرك أن هناك عقبات تقنية كبيرة لا تزال قائمة قبل التسويق .
وتعود قدرة أكسيد النيوبيوم والكربون (NbWO) على الشحن السريع في المقام الأول إلى عملية استرخاء شبكي تعتمد على معدل الشحن، ويتميز هيكل أكسيد النيوبيوم والكربون (NbWO) بحساسية عالية لمعدلات الشحن، حيث تشغل أيونات الليثيوم مواقع عشوائية بمعدلات شحن أعلى، مما يخفف من التشوهات الشبكية الكبيرة المميزة لهيكل أكسيد النيوبيوم والكربون (NbWO) ويعزز التداخل السريع لأيونات الليثيوم (Li+) " .
