نحن نعيش في عصر لا يصدق حيث يمكن لأجهزتنا الإلكترونية أن تفعل الكثير لنا. من الاتصالات إلى الملاحة والتعلم والترفيه، أصبحت أدواتنا لا غنى عنها. ومع ذلك، هناك مجال واحد لم يشهد الكثير من التقدم خلال الخمسين عامًا الماضية: البطاريات. ولهذا السبب نحن متحمسون لمناقشة أحدث التقنيات التي تُحدث ثورة في بطاريات أيون الليثيوم: بطاريات الليثيوم والسيليكون.
إذًا، ما هي البطارية بالضبط؟ بعبارات بسيطة، إنه جهاز يقوم بتخزين الكهرباء وتوفيرها من خلال التفاعلات الكهروكيميائية. تتكون البطارية من ثلاثة مكونات رئيسية:
- الأنود: القطب الذي تحدث فيه الأكسدة أثناء التفريغ.
– الكاثود: القطب الذي يحدث فيه الاختزال أثناء التفريغ.
– الإلكتروليت: مادة تسمح للأيونات بالانتقال بين الأنود والكاثود، مما يسهل تدفق التيار الكهربائي.
الآن دعونا نتحدث عن بطاريات الليثيوم أيون. بدأت الأبحاث على هذه البطاريات في الستينيات وأصبحت مجدية تجاريًا في التسعينيات بفضل التطورات التي قامت بها وكالة ناسا وسوني. تستخدم هذه البطاريات الليثيوم كعنصر كيميائي أساسي في كاثوداتها. ولكن ماذا عن السيليكون؟
تستفيد بطاريات الليثيوم والسيليكون من تغيير بسيط ولكن مؤثر في الأنود، مما يؤدي إلى تحسين كبير في السعة. في حين أن الحد الأقصى لسعة الجرافيت يبلغ 372 مللي أمبير/جرام، فإن السيليكون البلوري النقي لديه قدرة نظرية تبلغ 3600 مللي أمبير/جرام، أي ما يقرب من عشرة أضعاف قدرة الجرافيت! ومع ذلك، فإن بلورات السيليكون النقية لها عيب كبير: فهي تغير حجمها بمقدار يصل إلى 300% عند شحنها وتفريغها.
ولمعالجة هذه المشكلة مع الاستمرار في جني فوائد السيليكون، قام العلماء بتطوير مواد مركبة من السيليكون والكربون لبطاريات الليثيوم والسيليكون. تستخدم هذه المواد جزيئات السيليكون النانوية لزيادة قدرة أنودات الجرافين. حاليًا، تبلغ سعة بطاريات السيليكون والكربون التجارية حوالي 550 مللي أمبير/جرام ويتم استخدامها بالفعل من قبل شركتي Tesla وHonor في منتجاتهما.
ما هي الخطوة التالية بالنسبة لبطاريات الليثيوم السيليكون؟ في حين أنها توفر زيادة متواضعة في السعة تبلغ 20% في حالتها الحالية، إلا أن التقدم في هذه التكنولوجيا يمكن أن يؤدي إلى زيادة هذا العدد بمقدار عشرة أضعاف. وهذا يعني أننا قد نرى هواتف ذكية بسعة 10000 مللي أمبير في وقت أقرب مما نعتقد!
لذا، في حين أن بطاريات الحالة الصلبة تتصدر عناوين الأخبار مع وعود بزيادة السعة وسرعات الشحن السريعة، فلا تقلل من شأن إمكانات بطاريات الليثيوم والسيليكون. ولا تختلف موادها وعملياتها جذريًا عن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، مما يجعلها قابلة للتطوير وقابلة للتطبيق تجاريًا للتطبيقات المستقبلية.
ترقبوا المزيد من التحديثات حول كيفية اعتماد الشركات المصنعة للهواتف الذكية لهذه التكنولوجيا المثيرة!
