حل لغز التشققات يحمي بطاريات السيارات الكهربائية لعام 2025

تدهور بطاريات السيارات الكهربائية يُعد أحد أبرز التحديات التي تواجه صناعة السيارات النظيفة، إذ يؤدي إلى فقدان السعة تدريجيًا، وانخفاض الأداء، وحتى مخاطر الحرائق في بعض الظروف. أعلن فريق أمريكي من العلماء عن كشف يفسر هذه الظاهرة بشكل أعمق، من خلال دراسة تركز على الإجهادات النانوية داخل البطاريات الشائعة الاستخدام. النتائج، التي نشرت في مجلة Nature Nanotechnology، تقترح طرقًا لتحسين المتانة وزيادة الكفاءة، مما يعزز من انتشار هذه التقنية في الحياة اليومية.

كيف يكشف العلماء أسرار تدهور بطاريات السيارات الكهربائية

تعاون باحثون من مختبر أرجون الوطني وكلية بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو على إجراء تجارب متقدمة، أظهرت أن تدهور بطاريات السيارات الكهربائية ينبع أساسًا من مشكلات ميكانيكية غير مرئية بالعين المجردة؛ فالإجهادات النانوية تتراكم مع الاستخدام، مما يسبب تشققات في الهيكل الداخلي للبطاريات الليثيوم أيون. يقول خليل أمين، أحد قادة الفريق وأستاذ في الجامعة، إن ثقة المستخدمين في سلامة هذه البطاريات أمر حاسم لنجاح السيارات الكهربائية، فبدونها لن ينتشر الاعتماد عليها على نطاق واسع. الدراسة أبرزت كيف تؤثر هذه الإجهادات على العمر الافتراضي، حيث يفقد الجهاز سعته بنسبة ملحوظة بعد آلاف الدورات، وتزداد المخاطر إذا لم تُعالج المشكلة جذريًا.

دور المواد أحادية البلورة في تفاقم تدهور بطاريات السيارات الكهربائية

في محاولات سابقة لتحسين الأداء، اعتمد المهندسون مواد غنية بالنيكل متعددة البلورات لصنع مهبط البطاريات، لكنها كانت عرضة للتوسع والانكماش المتكرر أثناء الشحن والتفريغ، مما يولد تشققات تسرع من تدهور بطاريات السيارات الكهربائية. أما المواد أحادية البلورة الجديدة، فقد واجهت تحديات غير متوقعة عند تطبيق نفس التصاميم التقليدية؛ إذ أدت التفاعلات الكيميائية غير المتساوية إلى تشوهات في الشبكة النانوية، مما يضعف الاستقرار الهيكلي ويقلل من الكفاءة مع الوقت. الدراسة كشفت أن هذه التشوهات متعددة الأبعاد تكون السبب الرئيسي في فقدان السعة، بخلاف التدهور الميكانيكي البسيط الذي يُرى في الأنواع التقليدية، وهو ما يتطلب إعادة تقييم لكيفية بناء هذه المكونات لتجنب الانهيار المبكر.

عناصر تسرع تدهور بطاريات السيارات الكهربائية وتأثيرها

لتوضيح الدور المختلف للمكونات في عملية تدهور بطاريات السيارات الكهربائية، أجرت الدراسة تحليلات دقيقة لعناصر مثل الكوبالت والمنغنيز؛ فالأول يقلل الإجهاد الداخلي بشكل ملحوظ، مما يمدد العمر الافتراضي، بينما يزيد الثاني من الضعف الميكانيكي عبر تسهيل التشققات. هذه الاختلافات تبرز الحاجة إلى تركيبات مواد مخصصة، تجنبًا للآليات غير المتوقعة التي تؤثر على الاستقرار.

خطوات عملية لتقليل تدهور بطاريات السيارات الكهربائية

بناءً على النتائج، يمكن لصانعي البطاريات اتباع استراتيجيات محددة لمواجهة تدهور بطاريات السيارات الكهربائية، مثل إعادة تصميم الشبكات النانوية لتكون أكثر مرونة، أو دمج نسب أعلى من الكوبالت في التركيبات الأساسية. الفريق أكد أن فهم الآلية الميكانيكية الجديدة يربط بين بنية المادة ومسارات التدهور، مما يفتح أبوابًا لتحسينات ترفع من الأمان والموثوقية. على سبيل المثال:

• تطوير مواد أحادية البلورة بتشوهات أقل من خلال التحكم في التفاعلات الكيميائية.
• اختبار دورات الشحن المعدلة لتقليل الانكماش المتكرر في المهبط.
• دمج عناصر مستقرة مثل الكوبالت لتعزيز الاستقرار الهيكلي.
• إجراء فحوصات نانوية دورية أثناء التصنيع للكشف المبكر عن الإجهادات.
• التعاون مع الشركات لتطبيق هذه التصاميم في نماذج السيارات الجديدة.

هذه الخطوات ستساهم في بطاريات تدوم أطول، مما يعزز الثقة ويسرع انتشار السيارات الكهربائية عالميًا.