باحث في شركة Tesla يوضح بطارية مدتها 100 عام و 4 ملايين ميل

أحد أكبر المخاوف المتعلقة بالمركبات الكهربائية هو أن البطاريات ستحتاج إلى الاستبدال بعد بضع سنوات، بتكلفة كبيرة. بعد كل شيء، من المرجح أن تشهد بطارية هاتفك الذكي أيامًا أفضل في أقل من ثلاث سنوات. لكن أحد الباحثين في شركة تسلا يستعد لوضع هذه الفكرة موضع التنفيذ مرة واحدة وإلى الأبد، بعد عرض البطاريات التي من المحتمل أن تعيش أطول من معظم البشر.

من المحتمل أن يكون عشاق تسلا قد سمعوا عن جيف دان بالفعل. وهو أستاذ في جامعة دالهوزي وكان شريكًا بحثيًا مع شركة تسلا منذ عام 2016. وكان تركيزه منصبًا على زيادة كثافة الطاقة وعمر بطاريات الليثيوم أيون، بالإضافة إلى تقليل تكلفتها. يبدو أن دان قد وصل إلى مستوى العبء الأكبر مع زملائه في فريق بحثه. في بحث منشور في مجلة الجمعية الكهروكيميائيةتدعي المجموعة أنها ابتكرت تصميمًا لبطارية يمكن أن تستمر لمدة 100 عام في ظل الظروف المناسبة.

يقارن بحث دان بين الخلايا المعتمدة على كيمياء Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 ("NMC 532") وLiFePO4. والأخير هو كيمياء "فوسفات حديد الليثيوم" (المعروف أيضًا باسم LFP) التي تستخدمها تسلا حاليًا في سيارات الطراز 3 القياسية الصينية المستوردة إلى أوروبا. تتمتع كيمياء LFP بكثافة طاقة أقل من بدائل الليثيوم أيون الأكثر انتشارًا، ولكنها أرخص وأكثر متانة ويُزعم أنها أكثر أمانًا أيضًا. يمكن أن يستمر LFP لمدة تصل إلى 12,000 دورة تفريغ شحن، لذا فإن التغلب عليه في هذا الصدد ليس بالأمر السهل. لم تظهر خلايا Dahn's NMC 532 أي فقدان في السعة بعد ما يقرب من 2,000 دورة. تستنتج الورقة ذلك لتشير إلى عمر افتراضي يصل إلى 100 عام (من الواضح أنهم لم يختبروا البطارية لفترة طويلة).

كما قدم دان أيضًا كلمة رئيسية في شهر مارس في الندوة الدولية للبطاريات في أورلاندو، فلوريدا، حيث شارك تحدث عن "بطارية 4 مليون ميل". وشمل ذلك بعض النتائج التي توصلت إليها الورقة قبل صدورها هذا الشهر. كان لدى دهن وعدت سابقًا بـ "بطارية المليون ميل"، ويقوم باختبار الخلايا بناءً على كيمياءه المعدلة منذ أكتوبر 2017. على ما يبدو، كانت الخلايا تسير بقوة وبعد 4.5 سنوات من التدوير المستمر في درجة حرارة الغرفة، لم تشهد سوى 5٪ من التدهور. وهذا يعني أن بإمكانهم تشغيل السيارة الكهربائية لمسافة 4 ملايين ميل قبل الحاجة إلى الاستبدال.

أحد أسباب طول العمر هو التحول من الكاثودات متعددة البلورات إلى الكاثودات أحادية البلورة، والتي لا تتحلل بسرعة كبيرة أثناء دورة تفريغ الشحنة. تستخدم كيمياء NMC 532 Dahn التباينات مع كيمياء NMC 811 التي تستخدمها حاليًا شركة LG Chem، والتي تحتوي على ثمانية أجزاء من النيكل في كاثوداتها لكل جزء من المنغنيز والكوبالت. في العام الماضي، تحول طراز Tesla Model Y من NMC 811 إلى الخلايا الكيميائية NCMA الخاصة بشركة LG Chem، والمعروفة أيضًا باسم "النيكل العالي". هذه باهظة الثمن مقارنة بـ LFP أو NMC 811 ولكنها توفر أعلى كثافة لأطول مدى. تستخدم كيمياء NCMA النيكل والكوبالت والمنغنيز والألومنيوم في كاثوداتها، لكن الأغلبية من النيكل (89٪).

يعد اختبار NMC 532 للكيمياء Dahn بمثابة قفزة أخرى للأمام في تكنولوجيا البطاريات. ومع ذلك، لا تحتاج السيارات إلى أن تدوم 100 عام، ولا تحتاج إلى قطع مسافة 4 ملايين ميل أيضًا. معتبرا أن متوسط ​​عمر السيارة في الولايات المتحدة هو 12 عامًا إذا قطعت مسافة 14,000 ميل سنويًا، فإن متوسط ​​المسافة التي تقطعها السيارة الأمريكية طوال حياتها هو 168,000 ميل، وفي أوروبا أقل كثيرًا. لذلك، في الواقع، ستمكن البطاريات التي تتمتع بمتانة تصل إلى 4 ملايين ميل من تطبيقات مثل التوصيل من السيارة إلى الشبكة، مما سيزيد من معدل دورة الشحن والتفريغ. ولكن من المرجح أن تكون أكثر فائدة لتخزين الطاقة الثابتة في المنازل وقدرة التخزين المؤقت للشبكة من إمدادات الطاقة المتجددة المتقطعة.

غالبًا ما يجادل المتحمسون للهيدروجين بأن البطاريات مجرد حل مؤقت حتى تصل المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود وأنظمة تخزين الهيدروجين إلى الاتجاه السائد. ولكن مع كل التطور الذي يحدث في تكنولوجيا البطاريات، فمن المرجح أن يكون الهيدروجين قليلًا جدًا ومتأخرًا جدًا عندما يصل بكميات كبيرة للنقل. تقنيات مثل تلك التي يعمل عليها Dahn جنبًا إلى جنب تطورات كبريت الليثيوم مثل ثيون و تقنية الشحن فائقة السرعة مثل StoreDot، سيعني أنه في غضون سنوات قليلة فقط، ستحل البطاريات جميع المشكلات المطروحة عليها.