أكثر استدامة.. علماء يخترعون بطاريات كهربائية للسيارات من السترات الواقية ضد الرصاص

تدخل صناعة البطاريات في جميع أنواع الأجهزة الكهربائية بدء من الهواتف النقالة وصولا للسيارات وهي حاليا يتم تشغيلها بواسطة الليثيوم أيون أو الكوبالت، والمفارقة الغريبة أن عملية تصنيع البطاريات الكهربائية من خلال الكوبالت والليثيوم أيون هي ذاتها تسبب الكثير من الانبعاثات الكربونية الضارة بالبيئة وإن كانت تقنية مفيدة للسيارات على المدى البعيد لأنها تصبح أكثر صداقة للبيئة بمرور الوقت وعدم تسريبها غازات سامة.

استطاعت الشركات العاملة بقطاع السيارات من إنتاج مركبات بمدى تشغيلي محترم يصل إلى 700 كيلومتر، ولا يبدو أن هذه الأرقام ستتحين على المدى المنظور أو في الوقت القريب مع بطاريات الليثيوم أيون، خاصة بسبب ندرة مواد التصنيع.

يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم على تحسين جودة وكفاءة البطاريات المستخدمة في السيارات واعتماد مواد تكون أقل تكلفة ، يمثل استبدال الليثيوم بالصوديوم أو استخدام الليثيوم مع الكبريت أكثر طرق البحث شيوعًا، لأنها مواد أرخص ومتوفرة بسهولة، كما أنها توفر طاقة أفضل وهي مواد نظيفة وصديقة للبيئة أكثر من مادة الليثيوم أيون المستخدمة حاليا.

قام العلماء في جامعة ميشيغان بتثبيت التفاعل الكيميائي بين أنود الليثيوم وكاثود الكبريت، لتثبت التجربة العملية زيادة في كثافة الطاقة للبطارية بمقدار خمسة أضعاف. للتحقق من فائدة خلط الليثيوم بالكبريت، استخدم الباحثون شبكة من ألياف الأراميد النانوية المعاد تدويرها من العلامة التجارية "كيفلار"، وهو النسيج المستخدم في صناعة السترات الواقية من الرصاص كما نُشر في دورية Nature Communications للأبحاث.

تسمح ألياف الأراميد (أحد أصناف الألياف الاصطناعية القوية والمقاومة للحرارة) لأيونات الليثيوم بالتدفق من الليثيوم إلى الكبريت والعكس صحيح ، مما يمنع تكوين مادة متعدد الكبريتيد أو ال polysulfides كما تسمى بالإنجليزية، التي تتدفق إلى الليثيوم وتقلل من قدرة البطارية.

بالإضافة إلى ما سبق، تمكن العلماء في جامعة ميشيغان من جعل هذه البطارية المصنوعة من ألياف الأراميد أن تتحمل أكثر من 1000 دورة شحن كهربائية، وقدر الباحثون في جامعة ميشيغان أنه إذا تم تنفيذها في سيارة كهربائية ، فإنها ستعطيها عمرًا مفيدًا يبلغ 10 سنوات.

كما أكد العلماء أن بطاريات الليثيوم الكبريتية قادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى سواء ساخنة جدا أو باردة جدا، علاوة على ذلك هي أكثر استدامة من بطاريات أيونات الليثيوم، من خلال إعادة تدوير السترات الواقية من الرصاص ، من الممكن الحصول على ألياف الأراميد اللازمة للبطاريات الليثيوم الكبريتية قادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى - الساخنة والباردة.

البطاريات الجديدة أيضًا أكثر استدامة من بطاريات الليثيوم أيون. من خلال إعادة تدوير السترات الواقية من الرصاص ، من الممكن الحصول على ألياف الأراميد اللازمة للغشاء ، كما أن الحصول على الكبريت أسهل من الحصول على الكوبالت الأكثر ندرة في بطاريات الليثيوم أيون.