أعلن علماء من معهد كوريا المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) عن تطوير بطارية ليثيوم-معدنية جديدة قادرة على شحن 70% من سعتها في 12 دقيقة فقط، مما يتيح للسيارات الكهربائية قطع مسافة تصل إلى 800 كيلومتر بشحنة واحدة.

يكمن التحدي الرئيسي في بطاريات الليثيوم-معدنية في تكوّن “التراكمات” (dendrites)، وهي تراكمات بلورية تنمو على القطب الموجب أثناء الشحن، مما يؤدي إلى تدهور الأداء وزيادة خطر حدوث التماس كهربائي. لحل هذه المشكلة، طور الفريق إلكتروليت سائل جديد يعمل على تثبيط نمو هذه التراكمات، مما يسمح بشحن أسرع ويطيل عمر البطارية إلى أكثر من 300,000 كيلومتر.

وفي التجارب المعملية، تمكّن النموذج من شحن البطارية من 5% إلى 70% في 12 دقيقة عبر 350 دورة شحن، بينما وصلت النسخة ذات السعة الأعلى إلى 80% في 17 دقيقة عبر 180 دورة شحن.

وأحرز فريق من العلماء في كوريا الجنوبية تقدماً كبيراً في تطوير بطاريات الليثيوم المعدنية للسيارات الكهربائية، وهو اكتشاف قد يحدث تحولًا في مستقبل النقل المستدام. وفق دراسة نشرت في مجلة Nature Energy، تمكن الباحثون من تصميم بطارية قادرة على قطع مسافة تصل إلى 800 كيلومتر بشحنة واحدة مدتها 12 دقيقة فقط.

تختلف بطاريات الليثيوم المعدنية عن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية باستبدال القطب الموجب المصنوع من الجرافيت بمعدن الليثيوم، ما يمنحها كثافة طاقة أعلى بشكل كبير. هذا يعني إمكانية شحن أسرع، وقطع مسافات أطول، ما يمثل خطوة هائلة نحو جعل السيارات الكهربائية أكثر عملية للاستخدام اليومي والرحلات الطويلة.

لكن التحدي الرئيسي الذي واجهه الباحثون كان ما يُعرف باسم التراكمات، وهي تراكمات بلورية متفرعة تتشكل على القطب الموجب أثناء الشحن، ما يقلل عمر البطارية ويزيد خطر التماس الكهربائي، خصوصًا عند الشحن السريع. هذه المشكلة حالت دون إنتاج بطاريات ليثيوم معدنية فعالة حتى الآن.

لحل هذه العقبة، ابتكر الفريق إلكتروليت سائل جديد، يعمل كمثبط للتراكمات البلورية ويضمن توزيع أيونات الليثيوم بشكل متساوٍ على سطح القطب، هذا التصميم الكيميائي الذكي يسمح بالاستفادة القصوى من خصائص البطارية، ويطيل عمرها الافتراضي، مع الحفاظ على قدرتها على الشحن السريع دون تدهور الأداء على مدى آلاف الكيلومترات.

في الاختبارات المخبرية، استطاعت البطارية الشحن من 5% إلى 70% في 12 دقيقة، مع الحفاظ على الأداء بعد أكثر من 350 دورة شحن، كما أظهرت نسخة سعة أكبر إمكانية الشحن إلى 80% خلال 17 دقيقة، مع أكثر من 180 دورة شحن، ما يعكس استقرارها وقدرتها على تحمل الاستخدام طويل المدى.

ووفقًا للدراسة، يكمن سبب تشكل التراكمات البلورية في “عدم تناسق تماسك السطح البيني لمعدن الليثيوم”، إذ لا تترسب أيونات الليثيوم بالتساوي أثناء الشحن، ما يخلق نقاط ضعف تبدأ عندها البلورات بالتشكل. الحل الكيميائي الجديد يضمن ترسيب الأيونات بشكل متوازن، ما يمنع نمو التشعبات ويضمن شحنًا سريعًا وآمنًا.

وقال هي تاك كيم، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST): “هذا البحث يوفر أساسًا حيويًا للتغلب على التحديات التقنية لبطاريات الليثيوم المعدنية من خلال فهم البنية السطحية وتحسين توزيع الأيونات”.

يشير العلماء إلى أن هذا الاختراق قد يمثل قفزة نوعية في تكنولوجيا السيارات الكهربائية، حيث سيقلل وقت الشحن بشكل كبير، ويوسع نطاق الرحلات الطويلة، ويعزز الاعتماد على المركبات الكهربائية بدل الوقود الأحفوري. كما يُتوقع أن يمتد تأثير هذا الابتكار إلى صناعات أخرى تعتمد على البطاريات عالية الكفاءة، مثل تخزين الطاقة المتجددة والمركبات الثقيلة،وفقا لموقع “livescience”.

مع هذا الإنجاز، يقترب العالم خطوة كبيرة نحو مستقبل أكثر استدامة للسيارات الكهربائية، حيث يصبح الشحن السريع والمسافات الطويلة واقعًا ملموسًا، ويزداد الأمل في تحقيق انتقال كامل إلى النقل النظيف.