توصّلت شركة أميركية ناشئة إلى بطاريات ليثيوم أيون مبتكرة، تستعمل السيليكون بدلًا من الغرافيت، في محاولة لتعزيز كثافة الطاقة وتوسيع الاستعمالات المتاحة.

ووفق بيان صحفي حصلت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، أعلنت شركة أمبريوس تكنولوجيز (Amprius Technologies)، بطارية الليثيوم أيون الجديدة "سي كور" (SiCore).

وعلى عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تستعمل بطارية "سي كور" قطبًا موجبًا من السيليكون بدلًا من قطب موجب من الغرافيت؛ ما يسمح للبطارية بتخزين 450 واط/ساعة (طاقة) لكل كيلوغرام.

وبُنيت هذه البطارية بتقنية أنود السيليكون الخاصة بأمبريوس، وتوفر طاقة أكبر بنسبة تصل إلى 80% مقارنةً بخلايا الليثيوم أيون التقليدية ذات أنود الغرافيت.

وتؤدي هذه الكثافة العالية للطاقة إلى إطالة مدّة الطيران بصفة خاصة، وتوسيع المدى، وتحسين أداء النظام، كل ذلك ضمن تصميم مدمج وخفيف الوزن.

بطاريات ليثيوم أيون مبتكرة

رغم أن كثافة طاقة بطاريات الليثيوم أيون الجديدة مثيرة للإعجاب؛ فإن التغيير الحقيقي يكمن في ادعاء شركة "أمبريوس" الأميركية نقل البطارية إلى الإنتاج الضخم في المستقبل القريب.

وقال الرئيس التنفيذي لشركة أمبريوس تكنولوجيز الدكتور كانغ صن: "ما يميز خلية سي كور هذه ويجعلها مميزة أنها تجمع هذا المستوى من الأداء الفائق في تركيبة وشكل خلية جاهزين للتوسع مع عمليات ومعدات تصنيع بطاريات الليثيوم أيون الحالية في هذه الصناعة".

"إنها جاهزة للإنتاج، ومتوافرة تجاريًا، ومؤهلة بالفعل من قِبل العملاء اليوم"، بحسب ما أكده رئيس الشركة الأميركية، في البيان الذي اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

ويجري تقييم خلية "سي كور" هذه مع خطط للانتقال إلى مرحلة التأهيل مع كبار عملاء الطيران والدفاع، الذين يستعدون للنشر التجاري.

ولتلبية طلبهم، عملت شركة أمبريوس على بناء شبكة تصنيع تعاقدية عالمية بسعة إنتاجية تصل إلى غيغاواط/ساعة؛ ما يضمن قدرة الشركة على توفير هذه الخلايا عالية الأداء بتكلفة تنافسية.

استبدال السيليكون بالغرافيت

يتدفق التيار الكهربائي في البطارية، عادةً، بين قطبين كهربائيين، وهما الأنود (الطرف السالب) والكاثود (الطرف الموجب).

في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، يُستعمل الغرافيت للأنود، وأكسيد معدن الليثيوم للكاثود؛ ويعمل الغرافيت بوصفه إسفنجة، إذ يمتص الليثيوم الذي يحمل الطاقة؛ وكلما زاد الامتصاص زادت طاقة البطارية.

ويُعد الغرافيت اقتصاديًا؛ ما يجعله خيارًا ممتازًا للأقطاب الموجبة؛ ومع ذلك، لا يمكنه تخزين سوى كمية محدودة من الطاقة (نحو 250 واط/ساعة لكل كيلوغرام).

واقترح الباحثون السيليكون بديلًا للغرافيت؛ إذ يمكنه نظريًا تخزين طاقة أكبر بـ10 أضعاف؛ ومع ذلك، يتمثل التحدي الرئيس للسيليكون في انتفاخه عند الشحن؛ ما يتسبب في تدهور كهرباء البطارية بسرعة.

وتزعم شركة أمبريوس أنها حلت مشكلة الانتفاخ باستعمال نظامها الخاص لمادة أنود السيليكون؛ إذ إن أنود السيليكون متوافق مع المعدات وعمليات التصنيع الحالية المستعملة في بطاريات الليثيوم أيون، بحسب ما جاء في البيان الذي اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

استعمالات بطاريات الليثيوم أيون الجديدة

تأتي كثافة الطاقة المُحسّنة لبطاريات الليثيوم أيون الجديدة، بعد 3 أشهر من إعلان أمبريوس منصةَ "سي كور" الأصلية بكثافة طاقة تبلغ 370 واط/ساعة لكل كيلوغرام.

وفي هذه المدّة القصيرة، تمكّنوا من زيادة كثافة الطاقة بأكثر من 20%، وفق ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).

وقد صُممت خلية "سي كور" الجديدة لظروف قاسية لتلبية متطلبات تطبيقات الطيران والدفاع، وتوفر أداءً موثوقًا به عبر نطاقات درجات حرارة واسعة وبيئات بالغة الأهمية.

كما أنها تلبي متطلبات محطات المنصات العالية الارتفاع (HAPS) ومحطات المنصات المتوسطة الارتفاع (MAPS) والطائرات دون طيار (UAVs)؛ إذ تؤثر كثافة الطاقة والوزن والقدرة على التحمل بشكل مباشر في نجاح المهمة.

ومن خلال توفير مدى أطول وحمولات أكبر دون زيادة الوزن، تساعد هذه الخلية على تقليل التكلفة الإجمالية للنظام؛ ما يتيح للمشغلين أداء مهام أطول مع تقليل التنازلات؛ ما يقلل الحاجة إلى بطاريات أو وقود أو معدات إضافية.

وبالنسبة للتطبيقات الجوية، يتوقع الفريق الحصول على شهادة UN38.3 اللازمة للنقل الجوي خلال الربع الجاري، ما سيسمح لشركة أمبريوس ببدء شحنات بكميات كبيرة بعد مدّة وجيزة، ودعم النشر التجاري على نطاق أوسع في جميع أنحاء العالم.

ومع دخول أحدث خلية بقدرة 450 واط لكل كيلوغرام إلى الإنتاج الآن، أصبحت بطارية "سي كور" في وضع يسمح لها بدعم مجموعة واسعة من التطبيقات عالية الطلب في أسواق الطيران الكهربائي والدفاع والنقل.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:

1. ابتكار بطاريات ليثيوم أيون تعتمد على السيليكون من الموقع الرسمي لشركة أمبريوس.
2. معلومات إضافية عن بطاريات الليثيوم أيون الجديدة من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".