تقنية جديدة لحماية بطاريات الليثيوم المعدنية من الاشتعال

طور باحثون في جامعة كاليفورنيا سان دييجو الأمريكية تقنية جديدة لحماية بطاريات الليثيوم المعدنية التي تستخدم في الأجهزة الإلكترونية من الاشتعال جراء السخونة الزائدة، في حالة حدوث ماس كهربائي داخل البطارية.
وبحسب "الألمانية"، ذكر الموقع الإلكتروني "ساينس ديلي" المتخصص في التكنولوجيا أن فريق الدراسة أدخل تعديلات ذكية في جزء من البطارية يعرف باسم الفاصل، وهو يقوم بدور الحاجز ما بين القطبين السالب والموجب داخل البطارية، حيث يقوم الفاصل بفضل التقنية الجديدة بإبطاء تدفق الطاقة، وبالتالي الحرارة، التي تتكون داخل جسم البطارية عندما يحدث ماس كهربائي.
وقال الباحث بينج ليو، أستاذ الهندسة في جامعة كاليفورنيا سان دييجو: "نحن لا نحاول منع حدوث عطل في البطارية، ولكننا نحاول أن نجعل البطارية أكثر أمانا في حالة حدوث أي عطل، حتى لا تنفجر البطارية وتتسبب في حدوث حريق أو انفجار".
وعادة ما تتعطل بطاريات الليثيوم المعدنية بسبب حدوث شروخ متشعبة دقيقة في الأقطاب الموجبة بسبب كثرة الشحن، وبمرور الوقت تتسع هذه الشروخ لتصل إلى الجزء الفاصل بين القطبين داخل البطارية وبالتالي تصنع جسرا بين القطبين ما قد يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي.
وعندما يحدث هذا الماس الكهربائي، تندفع الإلكترونات بين القطبين بشكل خارج عن السيطرة ما قد يؤدي إلى حدوث الانفجار.
ويعتقد فريق البحث أن التقنية الجديدة التي أدخلوها على الفاصل داخل البطارية يمكنها إبطاء هذا التدفق عن طريق تغليف الفاصل بطبقة رقيقة من الأنابيب الكربونية متناهية الصغر التي تعترض أي شروخ، حيث إنه عندما يخترق الشرخ الجزء الفاصل بين القطبين، ويبدأ تدفق الإلكترونات، فإنها تجد لها ممرا داخل هذه الأنابيب، ما يؤدي إلى تفريغها وتصريفها بدلا من تدفقها بشكل تلقائي إلى القطب السالب في البطارية، ما قد يؤدي إلى حدوث السخونة الزائدة أو الاشتعال".
وتفشل بطاريات الليثيوم المعدنية بسبب نمو الهياكل الشبيهة بالإبرة التي تسمى التشعبات على الأنود بعد الشحن المتكرر بمرور الوقت، وتنمو التشعبات لفترة طويلة بما يكفي لاختراق الفاصل وإنشاء جسر بين الأنود والكاثود، ما يتسبب في حدوث دائرة قصر داخلية، وعندما يحدث ذلك، يخرج تدفق الإلكترونات بين القطبين عن السيطرة، ما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية على الفور والتوقف عن العمل.
ويقول ماثيو جونزاليس الباحث المشارك في الدراسة في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لجامعة كاليفورنيا: "الفاصل الذي طورناه يخفف من هذه الضربة، حيث يكون أحد جوانبه مغطى بشبكة رقيقة موصلة جزئيا من الأنابيب النانوية الكربونية التي تعترض أي تشعبات تتشكل، ويكون بمنزلة مسار يمكن من خلاله للإلكترونيات التصريف ببطء بدلا من الاندفاع مباشرة نحو الكاثود مرة واحدة".
وكان العلماء الثلاثة الذين وضعوا الأساس العلمي لهذه البطاريات مع أزمة النفط في سبعينيات القرن الماضي قد حصلوا على جائزة نوبل في الكيمياء أكتوبر الماضي، بعد نحو 29 عاما من ظهور هذه البطاريات في الأسواق عام 1991.