حقق علماء صينيون إنجازًا مهمًا في تحسين زمن شحن بطارية السيارات الكهربائية دون المساس بسرعة الطاقة أو عمرها الافتراضي، باستخدام مادة جديدة تُسمى أكسيد النيبويم والتنجستين (NbWO) التي تهدف إلى تسريع عملية الشحن.

تصميم وتقنيات جديدة

عمل الفريق العلمي على تصميم مادة بلورية جديدة تم تطويرها باستخدام تقنيات متقدمة. من المتوقع أن تفيد هذه المادة الجديدة في العديد من التطبيقات التي تتطلب شحن بطاريات الليثيوم أيون في غضون دقائق معدودة.

وتمكن الباحثون من إيجاد خاصية الشحن السريع لهذه المادة، والتي تعتمد على عملية استرخاء شبكية مذهلة، تعتمد على معدل الشحن، وترتبط بتأثير جان-تايلر، حيث يستجيب الهيكل البلوري لـ NbWO بشكل مختلف لسرعات الشحن.

استخدم الفريق أيضًا مجاهر إلكترونية متطورة، وتم الكشف عن أن بنية بلورة NbWO تستجيب بشكل مختلف لسرعات الشحن، وعند تسليط الضوء، فإن أيونات الليثيوم ترتب نفسها في أنماط دقيقة أثناء الشحن البطئ، مما يؤدي إلى تشوهات هيكلية.

آليات تخزين الليثيوم

أوضح الباحثون أنه من خلال الجمع بين تقنية المجهر المتقدم وقدرة التحليل الذري، تمكنوا من التعمق في علوم المواد على نطاق ضيق للغاية، مما أتاح لهم فهم أفضل لآليات تخزين الليثيوم في مواد الشحن السريع. ستساهم نتائج هذا البحث في تعزيز معرفة هذه الآليات، مما يساعد بشكل كبير في تطوير عمل البطاريات.

نتائج البحث

نشرت الدراسة في مجلة Nature Communications، وقد اقترح الباحثون أن الاستراتيجية الهندسية يمكن أن تعمل على نقل أيونات الليثيوم المذاب في سطح NbWO إلى فتحات الأنفاق الموجبة حيث يكون اندماج Li+ أكثر ملاءمة مع حاجز طاقة منخفض، مما يمكن أن يتغلب على الاختناق المصاحب للشحن السريع.

وكشفت التقارير أن المادة المعدلة التي ابتكرها الباحثون، والمعروفة باسم rGO/Nb16W5O55، تم شحنها عند 80 درجة مئوية، لتصل إلى 116 ملي أمبير في الساعة لكل غرام خلال 45 ثانية، أي ما يعادل 68.5% من سعتها النظرية.

عند اختبار النموذج الأولي، حافظت البطاريات المنتجة من هذه المادة المُحسّنة على 77% من سعتها الأولية بعد 500 دورة شحن سريع. وأظهرت المادة كثافة طاقة عالية، حيث وصلت إلى 406 واط/ساعة لكل كيلوغرام عند استهلاك طاقة أقل، وحافظت على 186 واط/ساعة لكل كيلوغرام عند مخرجات طاقة عالية.

آفاق المستقبل

أفادت شركة نانوويك أن هناك عقبات تقنية كبيرة لا تزال قائمة قبل التسويق، لكن طاقة أكسيد النيبويم والكربون (NbWO) تُظهر وعودًا كبيرة في السرعة والكفاءة، مما يزيد من إمكانية استخدامها في المستقبل القريب في السيارات الكهربائية، ويمكن أن يحدث هذا تقدمًا كبيرًا في الصناعة بما يمهد الطريق لثورة جديدة في كيفية شحن وبناء البطاريات الكهربية.