أعلنت مجموعة من الباحثين في الصين للتو عن طريقة جديدة قادرة على "إحياء" بطاريات الليثيوم أيون المستنفدة، مما يفتح المجال أمام تقليل كمية النفايات الإلكترونية من المركبات الكهربائية بشكل كبير والحاجة إلى إنتاج بطاريات جديدة.
وقال البروفيسور جيانجونج تشو من جامعة تونغجي في شنغهاي، المتخصص في بطاريات السيارات الكهربائية والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة التي نشرت مؤخرا في مجلة نيتشر : "هذا العمل ثوري لأنه يقدم فكرة جديدة لإعادة استخدام البطاريات التي وصلت إلى نهاية دورة حياتها".
وفقًا لبرنامج الأمم المتحدة الإنمائي، فإن كمية بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة التي يتعين التخلص منها قد ترتفع بشكل كبير من 900 ألف طن هذا العام إلى 20.5 مليون طن بحلول عام 2040. وبصفتها رائدة عالميًا في نشر المركبات الكهربائية، تعالج الصين حاليًا حوالي 2.8 مليون طن من البطاريات المستهلكة كل عام، وفقًا لهوانج جيانزونج، رئيس جمعية تكنولوجيا توفير الطاقة الإلكترونية الصينية.
وفي مواجهة احتمال زيادة أسواق المستهلكين والنفايات بسرعة، توقع الكيميائي يوي جاو من جامعة فودان وزملاؤه طلبًا هائلاً على التخلص من البطاريات، وخاصة بطاريات السيارات الكهربائية.
عادةً، تصل بطاريات السيارات الكهربائية إلى حدّها الأقصى من الاستخدام - أي أن سعتها تنخفض إلى أقل من 80% من سعتها الأصلية - بعد حوالي ثماني إلى عشر سنوات من التشغيل. وتمثل تكلفة البطارية حوالي 40% من إجمالي تكلفة السيارة.
أراد فريق غاو إيجاد جزيء قادر على "نقل" أيونات الليثيوم إلى بطارية فارغة. يقول تشيهاو تشاو، طالب الدكتوراه في جامعة فودان وعضو فريق غاو: "لم تكن لدينا أدنى فكرة عن نوع الجزيء القادر على ذلك، أو عن تركيبه الكيميائي. لذلك لجأنا إلى الذكاء الاصطناعي لمساعدتنا".
استخدم الفريق نموذج ذكاء اصطناعي مُدرّب على القوانين الكيميائية، مُدمجًا بقاعدة بيانات للتفاعلات الكهروكيميائية، لإيجاد جزيئات تُلبي المعايير التالية: سهولة ذوبانها في محاليل الإلكتروليت وانخفاض تكاليف الإنتاج. ونتيجةً لذلك، اقترح الذكاء الاصطناعي ثلاثة مُرشّحات، حُدّد منها ملح يُسمى ثلاثي فلورو الميثان سلفينات الليثيوم (LiSO₂CF₃) كأفضلها.
اختبر الباحثون ملح أيونات الليثيوم هذا بإذابته في محلول إلكتروليتي، وهو الوسط الذي يسمح للأيونات بالتحرك بين أقطاب البطارية. شبّه جاو هذه الطريقة بإعطاء المريض محلولًا وريديًا. "إذا كان بإمكاننا حقن دواء لمساعدة مريض على التعافي، فلماذا لا نستطيع إعطاء نفس "الإكسير" لبطارية مستنفدة؟"
أظهرت النتائج أن هذا المركب قادر على إطالة عمر بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد (LFP) بشكل ملحوظ، وهي شائعة الاستخدام في المركبات الكهربائية. يمكن شحن وتفريغ بطارية LFP النموذجية حوالي 2000 مرة قبل أن تُعتبر "ميتة".
ومع ذلك، بإضافة محلول إلكتروليتي عند اقتراب البطارية من هذا الحد، تمكن الفريق من استعادة جزء كبير من سعتها، مما جعلها تعمل كأنها جديدة تقريبًا. في نهاية التجربة، وصلت البطارية إلى 96% من سعتها بعد ما يقرب من 12,000 دورة شحن وتفريغ.
وأظهر اختبار آخر أن هذه الطريقة تعمل أيضًا مع بطاريات الليثيوم أيون NMC (النيكل والمنجنيز والكوبالت).
تتعاون جامعة فودان حاليًا مع شركة تشجيانغ يونغتاي الصينية لتصنيع مواد البطاريات لتسويق هذه التقنية تجاريًا. ويتوقع غاو أن يؤدي هذا التعاون إلى إنشاء نظام "محطات تعزيز البطاريات" حيث يمكن لمالكي السيارات الكهربائية إحضار البطاريات القديمة لتجديدها.
قال تشنغوانغ ليو، الأستاذ بجامعة شيآن جياوتونغ في ليفربول، إن الفكرة "واعدة". لكنه أشار إلى أن الطريقة الجديدة لا تزال تواجه بعض التحديات، مثل ضمان التوافق مع التركيبات الكيميائية المختلفة للبطاريات، والأهم من ذلك، اختبار سلامة البطاريات المُعاد إحياؤها.
علاوة على ذلك، لا يقتصر مصدر طاقة السيارة الكهربائية على بطارية واحدة فحسب، بل يشمل منظومةً من مئات أو حتى آلاف البطاريات، مُدمجةً بأنظمة تحكم حراري ومكونات معقدة أخرى. وصرح غاو: "نختبر حاليًا بطاريات مفردة فقط، لذا علينا إيجاد طريقة لتطبيقها على حزمة البطاريات بأكملها".
وقال هانز إريك ميلين، المدير الإداري لشركة الاستشارات سيركولار إنرجي ستوريج، ومقرها لندن، إن طريقة جاو هي واحدة من أقرب الطرق إلى "إعادة التدوير المباشر" لبطاريات السيارات الكهربائية في الصين.
يقول ميلين إن هذا النهج قد يحمل إمكانات تجارية، مع أن سوقه قد لا يكون ضخمًا، نظرًا لأن بطاريات السيارات الكهربائية تدوم حتى 15 عامًا. كما يشير إلى ضرورة إعادة تصميم بطاريات السيارات الكهربائية للسماح بحقن الإلكتروليت.
وأضاف أن "السؤال هو ما إذا كانت الفوائد كبيرة بما يكفي لتبرير تغيير التصميم، الأمر الذي قد يؤثر على الأداء العام للبطارية".
(فيتنام+)
المصدر: https://www.vietnamplus.vn/tri-tue-nhan-tao-tim-ra-tien-duoc-co-kha-nang-hoi-sinh-pin-da-can-kiet-post1043216.vnp
تعليق (0)