تطوير بطاريات أخف وزناً وأكثر قدرة على تخزين الطاقة

في خطوة قد تمهّد لبطاريات أكثر كفاءة للهواتف والسيارات والأجهزة الإلكترونية، أعلن "معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية" (ISE) في ألمانيا عن تطوير تصميم جديد لخلايا البطاريات يسمح بتخزين 10 إلى 15% طاقة إضافية مع الحفاظ على الوزن نفسه ، وأعاد الباحثون تصميم البنية الداخلية لأقطاب البطارية بدلاً من الاعتماد على زيادة حجم الخلية أو وزنها ، وتعتمد الفكرة على زيادة سمك طبقة المادة الفعالة في أقطاب البطارية بأكثر من ثلاثة أضعاف من السمك التقليدي الذى يتراوح ما بين 100 و200 ميكرومتر إلى نحو 800 ميكرومتر.

وتسمح هذه الخطوة بتقليل عدد طبقات تجميع التيار داخل الخلية، ما يترك مساحة أكبر للمادة الفعالة التي تخزن الطاقة. ووفقاً للباحثين بالمعهد، أدى ذلك إلى رفع كثافة الطاقة بنسبة تتراوح بين 10 و15%، بحسب نوع البطارية وتصميمها ، واللافت في الأمر أن الباحثين لم يختبروا التصميم على بطاريات الليثيوم-أيون فقط، بل نجحوا أيضًا في تطبيق الفكرة على بطاريات الصوديوم-أيون والزنك-أيون ، أما في بطاريات الليثيوم-أيون، فقد صنع الفريق نماذج أولية من خلايا pouch باستخدام عمليات إنتاج قريبة من الأساليب الصناعية على خط إنتاج شبه آلي داخل مختبر البطاريات التابع للمعهد.

وإذا نجحت التقنية في مراحل التطوير والتوسع الصناعي، فإن زيادة كثافة الطاقة دون زيادة الوزن قد تكون مهمة جدًا للأجهزة المحمولة ، فبدلاً من أن تضطر الشركة إلى زيادة حجم البطارية للحصول على طاقة أكبر، يمكن نظريًا الحصول على سعة أعلى من خلية بالحجم والوزن نفسيهما تقريبًا ، وهذا قد يفتح المجال أمام هواتف تعمل لفترة أطول بين عمليات الشحن أو أجهزة إلكترونية أخف وزنًا.

الميزة الأخرى أن التصميم الجديد لا يستهدف رفع كثافة الطاقة فقط، إذ يقول المعهد إن الأقطاب الجديدة خالية من مواد PFAS ويتم تصنيعها من دون استخدام مذيبات سامة ، كما صُممت البنية الجديدة مع وضع الإنتاج واسع النطاق في الاعتبار؛ إذ يمكن أن تكون عملية تصنيع الأقطاب أقل تعقيدًا من أنظمة الطلاء الرطب التقليدية، وهو ما قد يخفض تكاليف الاستثمار والتشغيل واستهلاك المساحة والطاقة في خطوط الإنتاج ، ولا تزال التقنية في مرحلة التطوير والتحقق من إمكانية التوسع الصناعي ، ويعمل الباحثون حاليًا على مشاريع تشمل بطاريات الصوديوم-أيون والزنك-أيون، بالتعاون مع عدد من معاهد التكنولوجيا وشركاء صناعيين.