القفزة التالية للمركبات الكهربائية: تقنية القطب الجاف الجديدة تعد بمدى أطول وشحن سريع
طور باحثون كوريون جنوبيون تقنية جديدة لتصنيع حبيبات الجرافيت الجافة ذات الشكل المتحكم به من أجل أنودات البطاريات. ويأتي التطوير من المعهد الكوري لعلوم المواد (KIMS) والمعهد الكوري لأبحاث التكنولوجيا الكهربائية (KERI). يمكن للتكنولوجيا المشتركة أن تعمل في نفس الوقت على توسيع نطاقات قيادة السيارات الكهربائية، وخفض أوقات الشحن، وخفض تكاليف الإنتاج. وقال جيهي يون، كبير الباحثين في المعهد الكوري لعلوم المواد: “تقدم هذه التكنولوجيا نهجا جديدا قادرا على التغلب على القيود المفروضة على عمليات القطب الجاف التقليدية القائمة على PTFE”. “نتوقع أن يكون قابلاً للتطبيق بشكل كبير على بطاريات السيارات الكهربائية من الجيل التالي التي تتطلب كثافة طاقة عالية وأداء شحن سريع.” رسم توضيحي تخطيطي لعملية تصنيع الحبيبات التي يتم التحكم في شكلها باستخدام تقنية التجفيف بالرش. الائتمان: KIMS التصنيع الصديق للبيئة أدى الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة إلى تسريع السباق العالمي للبطاريات ذات الكثافة الأعلى والشحن الأسرع والأطول عمرًا. لطالما سعت شركات صناعة السيارات إلى تصنيع الأقطاب الكهربائية الجافة كحل للبطاريات. إنه يتخطى تمامًا عملية الملاط الرطب القياسية. يتيح أسلوب الطريقة الجافة لشركات صناعة السيارات تقليص آثار أقدام المصانع وتقليل انبعاثات الكربون من خلال التخلص من المذيبات الكيميائية السامة والأفران الصناعية كثيفة الاستهلاك للطاقة. ومع ذلك، كانت العملية تنطوي على مشكلة رئيسية: فقد استخدمت مادة البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، وهي مادة رابطة مثيرة للجدل تؤدي إلى تعقيدات الأداء والبيئية. المعروف لدى المستهلكين باسم Teflon، يعمل PTFE كغراء مجهري يجمع المكونات الجافة معًا. ومع ذلك، فإن PTFE هو عضو في عائلة PFAS من “المواد الكيميائية إلى الأبد”. ومن المعروف أنه يتحلل داخل البيئة الكهروكيميائية القاسية لأنود البطارية، ويواجه حظرًا بيئيًا صارمًا وشيكًا في أجزاء من العالم. حتى الآن، اعتقدت الصناعة أن صنع قطب كهربائي جاف بدون PTFE أمر مستحيل عمليًا. قرر فريق البحث الكوري الجنوبي تجربة شيء مختلف. تم استبدال PTFE بنظام ربط متوافق مع معايير الصناعة وصديق للبيئة (CMC-SBR) والذي يستخدم بالفعل على نطاق واسع في إنتاج البطاريات الرطبة اليومية. لكن مجرد إضافة غراء جديد إلى الخليط لم يكن كافيًا؛ كانت المواد الخام نفسها بحاجة إلى إعادة تصميم مادي كامل. تستخدم أنودات البطارية القياسية جزيئات الجرافيت المسطحة الشبيهة باللوحة. عند الضغط عليها لتجف، تصطف هذه الجزيئات المسطحة بشكل مثالي، مما يشبه مجموعة من البطاقات المكدسة بإحكام. وهذا يخلق ازدحامًا مروريًا هائلاً لأيونات الليثيوم، التي تضطر إلى السفر لمسافات طويلة، وتحويلات متعرجة حول حواف الصفائح فقط لعبور القطب الكهربي. ولحل هذه المشكلة، لجأ الباحثون إلى التجفيف بالرش لملاط يحتوي على الجرافيت، والمواد المضافة الموصلة، والمواد الرابطة. لقد ساعد في تحويل رقائق الجرافيت القياسية المسطحة إلى حبيبات مركبة مستديرة. وضمن هذه الحبيبات المستديرة الجديدة، يتم توجيه رقائق الجرافيت بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات. توسيع نطاق EV تعمل هذه البنية الداخلية العشوائية كطريق سريع متعدد المسارات للطاقة. فبدلاً من الارتداد عن الجدران المسطحة من الجرافيت، يمكن لأيونات الليثيوم الآن الانطلاق مباشرة عبر مسارات متعددة الاتجاهات عبر سمك القطب بأكمله. ومن المثير للاهتمام أن حرية حركة الأيونات تسمح للمصنعين ببناء أقطاب كهربائية أكثر سمكًا والتي تحزم المزيد من سعة الطاقة في نفس المساحة، مما يزيد من نطاقات قيادة السيارة الكهربائية. وذكر الباحثون أن “النتائج التجريبية أظهرت أن الأنود الجاف المطور أظهر أداءً فائقًا في الشحن السريع واستقرارًا طويل المدى في التدوير مقارنة بالأنودات التقليدية القائمة على الملاط”. وأضافوا: “لقد حسنت التكنولوجيا أيضًا بشكل كبير خصائص انتشار أيونات الليثيوم في ظل ظروف كثافة الطاقة العالية، مما يؤكد قدرتها على تمكين البطاريات عالية السعة القائمة على بنيات القطب السميك”. وأخيرًا، تعتمد العملية على ملفات CMC-SBR القياسية المستخدمة بالفعل من قبل شركات البطاريات؛ ومن ثم، يمكن لخطوط المصانع أن تتبنى هذه التكنولوجيا دون الحاجة إلى تغييرات كبيرة. ونشرت النتائج في مجلة مواد تخزين الطاقة.
تم النشر: 2026-07-06 17:52:00
