تواجه بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية مشكلات تتعلق بالسلامة والاستقرار بسبب ارتفاع درجة حرارة الفواصل والدوائر القصيرة وانخفاض الكفاءة. وبهدف التخفيف من أوجه القصور هذه، استخدم الباحثون تقنية بلمرة التطعيم وطوروا فواصل مبتكرة من جسيمات السيليكا النانوية تتميز بالثبات الحراري والمتانة. تعتبر البطاريات المزودة بهذه الفواصل أكثر أمانًا وأظهرت أداءً محسنًا. يمكن أن يساهم هذا التطور في اعتماد المركبات الكهربائية لإزالة الكربون من قطاع النقل.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن (أو بطاريات الليثيوم أيون أو LIBs) شائعة الاستخدام ومنتشرة على نطاق واسع خلال العقود الثلاثة الماضية. وبفضل كثافة الطاقة العالية، وخفة الوزن، وإمكانية إعادة الشحن، تُستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع في الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة السمعية والبصرية، وتخزين الطاقة، والمركبات الكهربائية، وأصبحت جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية. وتُعد بطاريات الليثيوم أيون صديقة للبيئة، وتوفر تخزينًا نظيفًا للطاقة، وتساهم في خفض انبعاثات الكربون في الاقتصاد.
مع ذلك، تواجه بطاريات الليثيوم أيون مخاطر تتعلق بسلامة المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، ويعود ذلك أساسًا إلى ارتفاع درجة حرارة فواصل البولي أوليفين. تمنع هذه الفواصل التلامس المباشر بين المهبط والمصعد، لكنها تنصهر عند ارتفاع درجة الحرارة إلى 160 درجة مئوية نتيجةً لارتفاع درجة الحرارة. ونتيجةً لذلك، قد يتلامس المصعد والمهبط مباشرةً عبر تكوّن تفرعات الليثيوم، مما يؤدي إلى حدوث دوائر قصر داخلية، وعدم كفاية امتصاص الإلكتروليت، وانخفاض الكفاءة.
وقد بذلت جهود لمعالجة هذا النقص. تم التفكير في تطبيق طلاء من السيراميك ولكن وجد أنه غير مناسب لأنه يزيد من سمك الفواصل ويقلل من الالتصاق.
في دراسة حديثة، استخدم باحثون من جامعة إنتشون الوطنية تقنية بلمرة التطعيم لربط طبقة متجانسة من جسيمات ثاني أكسيد السيليكون النانوية (SiO₂ ) بفواصل البولي بروبيلين (PP). تتميز الفواصل المُعدّلة بطبقة من SiO₂ بسماكة 200 نانومتر بمقاومة أعلى للحرارة، كما أنها تُقلل من تكوّن التشعبات مع الحفاظ على سعة تخزين الطاقة. يشير هذا إلى إمكانية تحسين فواصل البولي بروبيلين (PPS) في بطاريات الليثيوم أيون للحد من حالات قصر الدائرة الداخلية، وجعل البطارية أكثر أمانًا وكفاءة.
يعد هذا التطور وثيق الصلة بالموضوع وواعدًا بالنسبة إلى LIBs في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. بمجرد تسويقها، يمكن أن تساعد مركبات LIBs المرتجلة ذات السلامة والكفاءة الأفضل في استيعاب السيارات الكهربائية الصديقة للبيئة.
***
المراجع:
- Manthiram، A. انعكاس على كيمياء الكاثود لبطارية الليثيوم أيون. نات كومون 11، 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- بارك ج.، وآخرون 2024. فواصل طبقات الجسيمات النانوية SiO2 فائقة الرقة من خلال استراتيجية سطحية متعددة الوظائف لبطاريات الليثيوم المعدنية: مقاومة عالية للتغصنات الليثيوم والخصائص الحرارية. مواد تخزين الطاقة. المجلد 65، فبراير 2024، 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
 face safety and stability issues due to overheating of separators, short circuits and reduced efficiency. With an aim to mitigate these shortcomings, researchers used a graft polymerization technique and developed innovative silica nanoparticles layered separators that are thermally stable and durable. Batteries with these separators are safer and showed improved performance. This development can contribute to adoption of EVs towards decarbonising transport sector. ){kind=link}