نيسان تكشف عن ابتكار لبطاريات الليثيوم-أوكسجين ..قد تكون مستقبل السيارات الكهربائية
كشفت تقارير حديثة عن قيام نيسان Nissan اليابانية بتسجيل براءتي اختراع جديدتين من شأنهما إحداث نقلة كبيرة في عالم البطاريات الكهربائية. البراءتان اللتان تم رصدهما تُظهران جهود نيسان المستمرة في تطوير بطارية جديدة من نوع “ليثيوم-أوكسجين” “Lithium-Oxygen Battery“، إلى جانب تقنية مبتكرة لإنتاج القطب الموجب داخل هذه الخلايا بطريقة أكثر فعالية واستدامة.
ابتكارات نيسان لمستقبل البطاريات
تأتي هذه الخطوة في وقت تسعى فيه شركات السيارات والتقنيات حول العالم إلى تجاوز القيود الحالية لتقنية بطاريات الليثيوم-أيون Lithium-Ion التقليدية، التي تعاني من مشكلات تتعلق بكثافة الطاقة، وارتفاع التكاليف، والاعتماد الكبير على المواد النادرة. وتركّز براءتا نيسان الجديدتان على حل تلك التحديات عبر تطوير كيمياء خلية جديدة قادرة على تحقيق كثافة طاقة أعلى بكثير، مع تقليل التكاليف واستهلاك الموارد النادرة.
الشركة، التي تعمل أيضًا على تطوير بطاريات الحالة الصلبة Solid-State Batteries والمتوقّع طرحها تجاريًا بحلول عام 2029، ترى أن تكنولوجيا “الليثيوم-هواء” Lithium-Air تمثّل مستقبلًا واعدًا للسيارات الكهربائية، نظرًا لقدرتها على توفير طاقة تفوق بطاريات الليثيوم-أيون الحالية بعدة مرات. ومع ذلك، كانت هذه التقنية تواجه في السابق عقبات تتعلق بفقدان الطاقة على شكل حرارة وتدهور سريع للعمر الافتراضي، وهو ما يبدو أن نيسان قد اقتربت من حله.
تفاصيل براءات الاختراع
تصف براءة الاختراع الأولى بطارية مغلقة الخلية تحتوي على قطب مصنوع من طبقة تجمع بين أكسيد الليثيوم Lithium Oxide ومادة محفزة Catalyst وبوليمر مكوّن للهلام Gel-Forming Polymer، تُطبّق جميعها على مجمع تيار كهربائي مع طبقة إلكتروليت Electrolyte Layer. هذه البنية محكمة الإغلاق تُعدّ أحد أهم الابتكارات لأنها تعالج مشكلة تسرب الهواء وفقدان الطاقة التي كانت تواجه المحاولات السابقة في هذا النوع من البطاريات.
أما براءة الاختراع الثانية، فتركز على حل مشكلة تلوث الخلايا الناتجة عن تكوّن غاز الأوكسجين الزائد أثناء الشحن الكامل للبطارية. وتوضح الوثيقة أن شحن خلية أكسيد الليثيوم حتى أقصى سعتها النظرية يؤدي إلى توليد كميات كبيرة من الأوكسجين، مما يُسبب انخفاضًا دائمًا في سعة البطارية. ولحل هذه المشكلة، تقترح نيسان تغليف بعض الأقطاب الموجبة بطبقة من بوليمر متشعب Branched Polymer يمنع توليد الأوكسجين الزائد.
طبقة البوليمر ..الحل السحري لمشكلة الأوكسجين
تعمل هذه الطبقة كدرع واقٍ يمنع تفاعل الأوكسجين الزائد، مما يسمح للبطارية بالشحن حتى مستويات قريبة من طاقتها النظرية دون تدهور أدائها. وتشير براءة الاختراع إلى إمكانية استخدام مجموعة واسعة من المواد لتكوين هذه الطبقة، منها، بولي بروبيلين أوكسيد Polypropylene Oxide – PPO، بولي أكريلونيتريل Polyacrylonitrile – PAN، كو-بوليمر فلوريد الفينيلدين مع هيكسا فلوروبروبيلين PVdF-HFP، بولي ميثيل ميثاكريلات PMMA، بولي ميثيل أكريلات PMA، بولي فينيل إيثيل إيثر Poly Vinyl Ethyl Ether، بولي ستايرين Polystyrene – PS، ومطاط ستايرين-بيوتادايين Styrene-Butadiene Rubber – SBR.
ورغم أن نيسان لم تحدد بوليمرًا بعينه، إلا أن ما يجمع بين هذه المواد هو قدرتها على الحد من إنتاج غاز الأوكسجين، مع الحفاظ على التوصيل الجيد للإلكترونات داخل الخلية. وتوضح الشركة أن آلية عمل هذا النظام ليست مفهومة بشكل كامل بعد، لكن يُعتقد أن الغاز الناتج يُحتجز بين أكسيد الليثيوم والبوليمر، مما يحد من إمكانية توليد المزيد منه.
خطوة نحو جيل جديد من بطاريات السيارات الكهربائية
تُفصّل البراءتان كذلك طرق تصنيع المركبات الكيميائية الداخلة في تركيب هذه الخلايا، إلا أن موعد دخولها مرحلة الإنتاج التجاري لم يُحدد بعد. ومع ذلك، يرى الخبراء أن ما تقوم به نيسان اليوم هو خطوة استراتيجية مهمة ستنعكس مستقبلًا على بطاريات السيارات الكهربائية الإنتاجية، سواء عبر تحسين الكفاءة أو زيادة عمر البطارية أو رفع كثافة الطاقة.
