طلاء نانوي جديد يقرب السيارات الكهربائية من الشحن في دقائق

نجح باحثون في مختبر أرغون الوطني الأمريكي في تطوير تقنية جديدة قد تمهد الطريق لإنتاج بطاريات سيارات كهربائية تشحن في دقائق معدودة، وذلك عبر استخدام طلاء نانوي فائق الرقة يحسن أداء بطاريات الحالة الصلبة ويزيد من مستويات الأمان والاستقرار.

وأوضحت الدراسة أن الباحثين استخدموا تقنيات الذكاء الحاسوبي لاختيار أفضل المواد الواقية، قبل اختبارها عمليا، ليتبين أن طبقة من أكسيد المغنيسيوم بسماكة نانومتر واحد فقط قادرة على حماية الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الكبريتيدات، والتي تعد من أبرز التقنيات المرشحة لبطاريات الجيل المقبل.

وتتميز بطاريات الحالة الصلبة بكثافة طاقة أعلى وأمان أكبر مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية، إلا أن استخدامها التجاري لا يزال محدود بسبب التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى تدهور مكوناتها الداخلية وتقليل عمرها الافتراضي.

واعتمد الفريق البحثي على دمج المحاكاة الحاسوبية مع التجارب المخبرية، ليتوصل إلى أن الطلاءات الأكثر كفاءة ليست بالضرورة الأقل تفاعلا كيميائيا، بل تلك التي تكون حاجز واقي يمنع تدهور البطارية، مع الحفاظ على انسياب أيونات الليثيوم اللازمة لعملية الشحن والتفريغ.

وأظهرت الاختبارات أن أكسيد المغنيسيوم عزز استقرار البطارية وخفض مقاومة انتقال الأيونات بين مكوناتها، بينما حقق أكسيد الزنك نتائج جيدة أيضا، في حين لم ينجح أكسيد الزركونيوم في تحقيق الأداء المطلوب.

ويرى الباحثون أن هذه التقنية قد تسهم في تسريع تطوير بطاريات أكثر أمان وعمر أطول، مع تقليل مخاطر ارتفاع الحرارة التي تواجه بطاريات الليثيوم أيون الحالية عند الشحن السريع.

كما توفر المنهجية الجديدة وسيلة أسرع لاختبار الاف المواد المرشحة باستخدام الذكاء الحاسوبي بدلا من الاعتماد على التجارب التقليدية، وهو ما قد يختصر زمن تطوير البطاريات المستقبلية.

ويأمل العلماء أن تمهد هذه النتائج الطريق أمام طرح سيارات كهربائية مزودة ببطاريات الحالة الصلبة القادرة على الشحن في أقل من 10 دقائق، مع مستويات أعلى من الاعتمادية والأمان، وهو ما يمثل خطوة مهمة نحو تسريع انتشار السيارات الكهربائية عالميا.