اكتشف فريق من العلماء من كلية شنتشن الدولية للدراسات العليا بجامعة تسينجهوا وجامعة تيانجين طريقة جديدة لتعزيز قوة بطاريات الحالة الصلبة وطول عمرها وموثوقيتها في ظروف البرد أو الطاقة العالية. ونُشرت دراستهم، التي تحمل عنوان “طور بيني إلكتروليت صلب مطيل لبطاريات الحالة الصلبة”، في مجلة الطبيعة في ٢٩ أكتوبر ٢٠٢٥.
غالبًا ما توصف بطاريات الحالة الصلبة بأنها مستقبل السيارات الكهربائية. فهي تخزن طاقة أكبر وهي أكثر أمانًا من بطاريات السوائل الحالية، التي يمكن أن ترتفع درجة حرارتها أو تشتعل فيها النيران. ولكن التقدم نحو الإنتاج الضخم كان بطيئًا لأن هذه البطاريات تميل إلى التشقق وفقدان الأداء أثناء الشحن السريع أو في الطقس المتجمد.
ولحل هذه المشكلة، صمم فريقا تسينجهوا وتيانجين ما يسمونه طبقة “درع مرنة” لسطح البطارية. وعادةً ما تكون هذه الطبقة الواقية، المعروفة باسم الطور البيني للإلكتروليت الصلب، صلبة وهشة في آنٍ واحد، مما يعني أنها قابلة للكسر تحت الضغط. بمجرد تشققها، يتراكم الليثيوم بشكل غير متساوٍ، مما يُقصّر عمر البطارية.
بدلاً من جعلها أكثر صلابة، جعلها الباحثون أكثر مرونة. باستخدام مواد أساسها الفضة، وابتكروا طبقة قابلة للانحناء قليلاً دون أن تنكسر. وتساعد هذه المرونة في الحفاظ على بنية مستقرة مع السماح لأيونات الليثيوم بالمرور بسلاسة.
رأثناء الاختبار، عملت البطاريات المزوّدة بهذا الطلاء الجديد لأكثر من ٤٥٠٠ ساعة تحت الاستخدام المكثف، وظلت مستقرة لأكثر من ٧٠٠٠ ساعة عند درجة حرارة -٣٠ درجة مئوية، وهي ظروف عادةً ما تُسبب فشل بطاريات الحالة الصلبة الأخرى.
ويجمع التصميم بين المواد اللينة والصلبة في بنية تدريجية متعددة الطبقات. وهذا يُقلل من الضغط الداخلي، ويمنع التشققات، ويُحافظ على توزيع الليثيوم بالتساوي أثناء الشحن والتفريغ.
وقاد المشروع البروفيسوران فييو كانج ويانبينج هي من معهد تسينجهوا لعلوم المواد، بالإضافة إلى كوانهونج يانج من جامعة تيانجين. وحظي بدعم من المؤسسة الوطنية الصينية للعلوم الطبيعية، والبرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير، وخطة شنتشن للابتكار العلمي والتكنولوجي.
ولا يعني هذا البحث أن بطاريات الحالة الصلبة جاهزة للإنتاج الضخم بعد، بل يُقدم مسارًا محتملًا لتحسين موثوقية بطاريات الحالة الصلبة في ظل الظروف القاسية، مما قد يدعم التطبيقات التجارية المستقبلية.
