ابتكار جديد يحول دون حرائق البطاريات قبل وقوعها باستخدام حاجز داخلي ذكي

هل تخيلت يومًا بطارية تمنع حرائقها قبل أن تبدأ؟ العلماء في الأكاديمية الصينية للعلوم يحققون ذلك من خلال تطوير مادة بطارية أيون الصوديوم التي تتفاعل بشكل فريد مع درجات الحرارة المرتفعة، مكونة حاجزًا داخليًا صلبًا يوقف اشتعال النار قبل حدوثها.

تقنية الحماية الداخلية تمنع التفاعل المسبب للحرائق

واحدة من أكبر مخاطر البطاريات الحديثة هي ارتفاع درجة حرارتها، والذي قد يؤدي إلى نشوب حرائق أو انفجارات. وللمرة الأولى، استطاع الباحثون إنشاء مادة بطارية تتفاعل تلقائيًا مع ارتفاع الحرارة، مكونة حاجزًا داخليًا يمنع حدوث التفاعل المسبب للحرائق، والمعروف باسم “الانفلات الحراري”.

كيف تعمل تقنية الحاجز الذكي؟

طور الفريق مادة إلكتروليت غير قابلة للاشتعال تُسمى بـ”إلكتروليت غير قابل للاشتعال قابل للتحول” (PNE). عند تجاوز درجات الحرارة 150 درجة مئوية، يتحول هذا السائل إلى كتلة صلبة كثيفة، تشكل طبقة داخلية تمنع انتقال الحرارة بين مكونات البطارية، كأنها جدار ناري داخلي يوقف اشتعال النار.

الخصائص المميزة للنظام الجديد:

• طبقة داخلية صلبة تمنع انتشار الحرارة عند ارتفاعها.
• تصميم ثلاثي الأجزاء يعزز الاستقرار الحراري والتماسك الداخلي والفصل المادي بين المكونات.
• اختبارات أدت إلى إظهار قدرة النظام على منع الانفلات الحراري بشكل كامل على نطاق خلايا البطاريات الكبيرة.

اختبارات الأداء والتقنيات المبتكرة

أجريت اختبارات على بطارية أيون الصوديوم أسطوانية بسعة 3.5 أمبير ساعة، وهي سعة مهمة تتجاوز حدود المختبرات الصغيرة. وأظهرت النتائج أن البطارية لم تنتج دخانًا أو نارًا أو انفجارات، حتى عند تعرضها لاختراق مسامير، كما بقيت مستقرة عند درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية.

بالإضافة إلى ذلك، حافظت البطارية على أداء ممتاز من حيث الكثافة الكهربائية (211 واط ساعة لكل كيلوغرام)، مع استقرار في الجهد فوق 4.3 فولت، عبر درجات حرارة تتراوح بين -40 درجة فهرنهايت و140 درجة فهرنهايت، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في ظروف من البرد الشديد إلى الحرارة القصوى.

مستقبل التكنولوجيا وقابلية التصنيع

المواد المستخدمة في هذا النظام تتوفر بالفعل في عمليات الإنتاج الصناعية، مما يسهل عملية التوسع والتصنيع التجاري عند تبني التقنية بشكل رسمي. ووفقًا للباحثين، يعد هذا أول دليل على إمكانية تحقيق السيطرة الكاملة على الانفلات الحراري في خلايا أيون الصوديوم على نطاق واسع، مما يمثل قفزة نوعية في معايير السلامة لبطاريات المستقبل.

ختام

هذه التقنية الثورية تفتح آفاقًا جديدة لسلامة البطاريات، خاصة في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، حيث يمكن أن تقلل بشكل كبير من مخاطر الحرائق، مع الحفاظ على الأداء والكفاءة. مع استمرار التطور، قد نرى قريبًا بطاريات أكثر أمانًا وأقدر على التصدي للمخاطر قبل وقوعها.