ونفذت سوسن حميدي، الحاصلة على الدكتوراه تحت إشراف الدكتور مهران جوانبخت عضو هيئة التدريس بالجامعة، مشروعًا بحثيًا بعنوان “تحسين أداء الطبقة البينية بين القطب والكهرل الصلب باستخدام إضافات صناعية وطبيعية”.
وأوضحت حميدي: إن الهدف من البحث هو تحسين أداء بطاريات الليثيوم-أيون، وقالت: أحد أهم التحديات في هذه الأنظمة هو تحسين أداء الطبقة البينية بين القطب والكهرل SEI، التي تعمل كوصل بين المكونين الرئيسيين للنظام ولها دور حيوي في تحسين أداء البطاريات.
وأضافت: عادةً ما تتشكل هذه الطبقة عبر تفاعلات الأكسدة التي تستهلك محلول الكهرل وأيونات الليثيوم بشكل غير منضبط في البطارية، مما يؤدي إلى استنزاف أيونات الليثيوم ونقص المحلول، وبالتالي انخفاض سعة البطارية وأدائها. وفي هذا المشروع، سعينا لتحسين خصائص هذه الطبقة باستخدام إضافات صناعية وطبيعية.
* تفسير آلية عمل الإضافات
وأشارت الباحثة إلى أن الإضافات الصناعية هي مواد كيميائية تُنتج اصطناعياً لتحسين خواص الكهرل، بينما تُستخلص الإضافات الطبيعية من مصادر نباتية أو طبيعية لتعزيز الوصلة بين القطب والكهرل. وأكدت أن أحد الأهداف الرئيسية للبحث هو تقليل المقاومة في الطبقة البينية SEI مما يعزز كفاءة البطاريات وإطالة عمرها الافتراضي.
وأوضحت أن تحسين كفاءة البطاريات وإطالة عمرها يتحقق عبر تكوين الطبقة البينية SEI على قطب الكاثود أو الأنود، مشيرة إلى استخدام ميثيل بارا تولوين سولفونات كإضافة صناعية، والكوركومين “المادة الفعالة المضادة للأكسدة في الكركم” كإضافة طبيعية.
* ميزات التركيبة الجديدة
وبفضل الخصائص الفريدة لهذه المواد، تتفوق على محلول الكهرل في تكوين الطبقة البينية SEI، مما يمنع الاستهلاك الزائد لأيونات الليثيوم، ويقلل مقاومة نقل الشحنة، ويعزز أداء البطارية بشكل ملحوظ.
وأكدت الباحثة أن نتائج هذا البحث يمكن أن تسهم في تحسين أداء بطاريات الليثيوم، حيث يمكن تطبيقه على نطاق واسع في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة والأنظمة الكهربائية. كما يمكن استخدامه لتحسين أداء الطبقة البينية بين القطب والكهرل الصلب في البطاريات المتطورة، وتقديم حلول لتوطين التكنولوجيا وتقليل الاعتماد على الواردات باستخدام إضافات صناعية وطبيعية.
وأشارت حميدي إلى أن الابتكار في هذا البحث يتمثل في استخدام مواد جديدة قائمة على النباتات وصديقة للبيئة لزيادة استقرار وكفاءة البطاريات، وخفض تكاليف الإنتاج، وإطالة عمر البطاريات. وشمل منهج البحث جزأين: حسابي حيث تم تحليل خصائص طاقة الإضافات المختارة باستخدام برنامج Gaussian، وتجريبي حيث تم دمج هذه الإضافات في تركيبة كهرل بطارية الليثيوم وتقييم أدائها. أدى الجمع بين النتائج الحسابية والعملية إلى تحسين أداء الطبقة البينية بين القطب والكهرل الصلب.
وأشارت إلى تطبيقات نتائج هذه الدراسة قائلة: يمكن استخدام نتائج هذا البحث في عدة مجالات صناعية وتقنية. وأحد أهم التطبيقات في صناعة البطاريات المتقدمة، خاصة بطاريات الليثيوم-أيون والبطاريات بتقنية الكهرل. ونظراً لسعتها العالية وعمرها الطويل وزيادة أمانها، تستخدم هذه البطاريات في صناعات مختلفة مثل السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة والأجهزة الإلكترونية المحمولة وحتى في الصناعات الفضائية.
وأضافت: بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتحسين خصائص الطبقات البينية بين القطب والكهرل أن يساهم في زيادة كفاءة وعمر البطاريات المستخدمة في هذه الصناعات، كما يمكن أن يحسن إمكانية الاستخدام في التقنيات الناشئة مثل البطاريات ذات الحالة الصلبة. وقد يكون لهذا البحث تأثيرات مهمة في تطوير تقنيات جديدة لتخزين الطاقة
والتقدم في صناعة البطاريات المستدامة والفعالة.
