السعودية تحقق طفرة في صناعة بطاريات الليثيوم باستخدام “نايلون الملابس”

فريق بحثي سعودي يطور طريقة جديدة لتعزيز أداء بطاريات الليثيوم باستخدام النايلون

تمكن فريق بحثي من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية في السعودية من اكتشاف طريقة مبتكرة لتحسين أداء بطاريات الليثيوم باستخدام مادة غير متوقعة، وهي النايلون.

وأوضحت الدراسة التي نشرها الفريق في دورية “إيه سي إس إنيرجي ليترز” أن هذا التطور يمكن أن يسهم في زيادة كفاءة وأمان بطاريات الليثيوم، بالإضافة إلى تقليل تكلفتها. ويعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة نحو تحسين تقنيات الطاقة المتجددة في المستقبل.

وفي تعليق حصري لـ “نيوز عربي”، قال أحمد قاسم، الباحث في قسم الكيمياء بجامعة فيرجينيا كومنولث الأمريكية، والذي لم يشارك في الدراسة: “هذا الاكتشاف يذكّرنا بأن المواد الأكثر ثورية قد تكون موجودة بيننا بالفعل، وكل ما نحتاجه هو إيجاد طرق جديدة لاستغلال إمكاناتها وتبني رؤية علمية مبتكرة لتحويل المواد اليومية إلى تكنولوجيا متطورة في المستقبل”.

تحدي بطاريات الليثيوم: كيف يمكن للنايلون تحسين الأداء؟

تُعد البطاريات من أبرز الاختراعات التي تعتمد على حركة الإلكترونات بين قطبين مغمورين في محلول. وفي بطاريات الليثيوم المعدنية، يكون الأنود (أحد القطبين) مصنوعًا من الليثيوم المعدني، بينما يتكون الكاثود (القطب الآخر) من مواد غنية بالنيكل أو الكوبالت. يعمل الإلكتروليت (المحلول بين القطبين)، وهو محلول كيميائي يحتوي على أيونات الليثيوم، كوسيط لنقل الأيونات بين الأنود والكاثود خلال عمليات الشحن والتفريغ.

عند شحن البطارية، تتحرك أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود حيث تُخزّن الطاقة، وعند الاستخدام، تتحرك الأيونات في الاتجاه المعاكس لإنتاج تيار كهربائي يُستخدم في تشغيل الأجهزة.

وتُعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية خيارًا واعدًا لتخزين الطاقة، بفضل سعتها العالية مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية الموجودة في العديد من أجهزتنا الحديثة مثل الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة. ولكن التحدي الرئيسي لهذه البطاريات يكمن في تدهور أدائها السريع نتيجة لتراكمات معدنية غير متجانسة داخلها.

يقول الباحث أحمد قاسم: “لضمان أن تعمل السيارات الكهربائية لأطول فترة ممكنة بين عمليات الشحن، يجب أن تكون بطارياتها قوية. وتعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية خيارًا جيدًا، حيث يحتوي الأنود على الليثيوم، مما يزيد من سعة التخزين”. لكنه يشير إلى أن المشكلة تكمن في عدم عودة أيونات الليثيوم إلى الأنود بشكل متساوٍ، ما يؤدي إلى تشكيل “تغصنات” صغيرة من الليثيوم غير النشط، وهي تشكّل خطراً على البطارية وقد تتسبب في الحرائق.

النايلون يصنع العجائب

في خطوة مفاجئة، أظهرت دراسة حديثة أن إضافة النايلون، المادة الشائعة في صناعة الملابس، إلى المحلول السائل داخل البطارية يمكن أن يساعد في تقليل نمو هذه التغصنات وتساهم في تعزيز استقرار البطارية.

قاسم يوضح: “عادةً ما تمنع المذيبات القوية أيونات الليثيوم من التفاعل مع جزيئات النايلون. ومع ذلك، وجد الفريق البحثي أن تعديل تركيب المحاليل يمكن أن يذيب النايلون في محاليل الليثيوم دون الحاجة إلى مواد كيميائية قاسية، مما يسمح له بالتفاعل بفعالية أكبر داخل البطارية”.

وقد أظهرت البطارية المعدلة باستخدام النايلون قدرة على الاحتفاظ بنسبة 78% من سعتها بعد 300 دورة شحن، مقارنةً بالبطاريات التقليدية التي تفقد سعتها بسرعة بعد حوالي 150 دورة شحن. كما سجلت البطارية المعدلة زيادة بنسبة 53% في توصيل أيونات الليثيوم داخل الإلكتروليت، مما يعني أن هذه التقنية قد تؤدي إلى بطاريات تدوم لفترات أطول وتشحن بشكل أسرع.

وصفة متكاملة لتحسين الأداء

يضيف قاسم: “تُعد تكاليف إنتاج بطاريات الليثيوم المعدني المرتفعة ومخاوف السلامة من أكبر القيود التي تواجه انتشار استخدامها، لكن هذا الاكتشاف باستخدام النايلون يمكن أن يعالج هذه المشكلات، مما يجعل البطاريات أكثر أمانًا وبأسعار معقولة”.

كما أن هذه التقنية قد تساهم في إعادة تدوير البوليمرات الشائعة مثل النايلون، مما يُقلل التأثير البيئي لصناعة البطاريات. وبينما لا يزال هناك العديد من الأبحاث المطلوبة قبل أن تصبح هذه التقنية جاهزة للاستخدام التجاري، فإن النتائج الحالية تشير إلى إمكانية دمج البوليمرات الشائعة في تطبيقات تخزين الطاقة المتقدمة.

ويختتم قاسم قائلاً: “هذا الاكتشاف يبيّن أن المواد اليومية التي كنا نعتبرها محدودة الاستخدام قد تحتوي على إمكانات غير مستغلة. فمن خلال النظر إلى النايلون من منظور جديد، قد نكون على أعتاب جيل جديد من البطاريات ذات الأداء الفائق”. يبدو أن مستقبل تخزين الطاقة قد يكون أقرب مما نعتقد، وربما يكمن في خزائن ملابسنا.