بطاريات الحالة الصلبة تحصل على طبقة “حماية” مرنة من علماء صينيين

اكتشف فريق من علماء صينين مادة مرنة لحماية بطاريات الحالة الصلبة من الطقس البارد , وذلك لزيادة معدلات الأمان لتلك البطاريات في جميع أنواع الطقس .

فريق العلماء الصينين عملوا تلك الدراسة في معامل كلية الدراسات العليا الدولية في شنتشن بجامعة تسينغهوا وجامعة تيانجين طريقة جديدة لتعزيز قوة ومتانة وموثوقية بطاريات الحالة الصلبة في ظروف البرودة الشديدة أو الطاقة العالية. نُشرت دراستهم، بعنوان “طبقة بينية مرنة للإلكتروليت الصلب للبطاريات الصلبة”، في مجلة Nature في 29 أكتوبر 2025،

مستقبل السيارات الكهربائية

غالبًا ما توصف البطاريات الصلبة بأنها مستقبل السيارات الكهربائية. فهي تخزن طاقة أكبر وأكثر أمانًا من البطاريات السائلة الحالية، والتي يمكن أن ترتفع درجة حرارتها أو تشتعل فيها النيران. لكن التقدم نحو الإنتاج الضخم كان بطيئًا لأن هذه البطاريات تميل إلى التشقق وفقدان الأداء أثناء الشحن السريع أو في الطقس المتجمد.

لحل هذه المشكلة، صمم فريق تسينغهوا وتيانجين ما يسمونه طبقة “حماية مرنة” لسطح البطارية. عادةً ما تكون هذه الطبقة الواقية، المعروفة باسم الطبقة البينية للإلكتروليت الصلب (SEI)، صلبة ولكنها هشة، مما يعني أنها يمكن أن تتشقق تحت الضغط. بمجرد تشققها، يتراكم الليثيوم بشكل غير متساوٍ، مما يقصر عمر البطارية.

مواصفات المادة الجديدة

بدلاً من جعل الطبقة البينية للإلكتروليت الصلب أكثر صلابة، جعلها الباحثون أكثر مرونة. باستخدام مواد قائمة على الفضة تسمى Ag₂S و AgF، ابتكروا طبقة يمكن أن تنحني قليلاً دون أن تنكسر. تساعد هذه المرونة في الحفاظ على هيكل مستقر مع السماح لأيونات الليثيوم بالتحرك بسلاسة.

في الاختبارات، عملت البطاريات المزودة بهذه الطبقة الجديدة لأكثر من 4500 ساعة تحت الاستخدام المكثف وظلت مستقرة لأكثر من 7000 ساعة عند -30 درجة مئوية، وهي ظروف عادةً ما تتسبب في فشل بطاريات الحالة الصلبة الأخرى.

يجمع التصميم بين المواد اللينة والصلبة في هيكل متدرج متعدد الطبقات. هذا يقلل من الإجهاد الداخلي، ويمنع التشققات، ويحافظ على توزيع الليثيوم بالتساوي أثناء الشحن والتفريغ. قاد هذا المشروع البروفيسوران فييو كانغ ويان بينغ هي من جامعة تسينغهوا SIGS، بالإضافة إلى كوان هونغ يانغ من جامعة تيانجين. وقد حظي المشروع بدعم من المؤسسة الوطنية الصينية للعلوم الطبيعية، والبرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير، وخطة شنتشن للابتكار في العلوم والتكنولوجيا.

لا يعني هذا البحث أن البطاريات الصلبة جاهزة للإنتاج التجاري على نطاق واسع. بل يقدم مسارًا محتملاً لتحسين موثوقية بطاريات الحالة الصلبة في ظل الظروف القاسية، مما قد يدعم التطبيقات التجارية المستقبلية.

المصدر 

شركة Quantumscape تعلن توسيع نطاق خلايا بطاريات الحالة الصلبة للمركبات الكهربائية

دراسة تؤكد أن شركة تويوتا رائدة في مجال براءات اختراع بطاريات الحالة الصلبة