الدراسة، التي شاركت فيها “موجغان نجاد”، العالمة الإيرانية، أظهرت أن المواد المستخلصة من الخشب قادرة على تعزيز كفاءة وأمان بطاريات الليثيوم-أيون.
ويقلق بعض المستهلكين من المخاطر المرتبطة باستخدام بطاريات الليثيوم-أيون، التي تُستخدم في كل شيء بدءًا من الهواتف إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية. واكتشف باحثون من جامعة ميشيغان الحكومية أن مادة طبيعية موجودة في الخشب يمكنها تحسين سلامة البطاريات وفي نفس الوقت إطالة عمرها.
وقامت “تشنغتشنغ فانغ”، الأستاذة المساعدة في كلية الهندسة بجامعة ميشيغان الحكومية، وموجغان نجاد، الأستاذة المساعدة في كلية الزراعة والموارد الطبيعية بالجامعة نفسها، بتحويل “الليغنين” – وهي مادة طبيعية في الخشب تساهم في متانته – إلى طبقة رقيقة عازلة للبطاريات.
ويمكن استخدام هذه الطبقة في بطاريات الليثيوم-أيون لمنع حدوث دوائر قصيرة قد تؤدي إلى حرائق. وقالت فانغ: أردنا صنع بطارية أفضل تكون آمنة وفعالة ومستدامة.
وداخل البطارية، تساعد أقطاب الكاثود “القطب الموجب” والأنود “القطب السالب” في تدفق الكهرباء. ولإبقاء هذه الأقطاب منفصلة، عادةً ما يصنع الفاصل التجاري من مواد بلاستيكية مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، والتي قد تتقلص في درجات حرارة تقترب من 100 درجة مئوية.
وبدون حماية الفاصل، قد تتلامس أقطاب الكاثود والأنود في البطارية، مما يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة عرضية واحتمال اندلاع حرائق أو انفجارات. وفي المقابل، ظلت الفواصل المصنوعة من الليغنين مستقرة خلال الاختبارات ولم تنكمش في الحجم حتى درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية.
واختبر الفريق البحثي سماكات مختلفة من الليغنين، ووجد أن الطبقات الرقيقة بسماكة 25 ميكرومتر – وهي أرق من ربع شعر الإنسان – كانت الأكثر فعالية في الحفاظ على استقرار داخل البطارية ومنع تلامس الأنود والكاثود.
واستخدام طبقة الليغنين داخل البطارية كان له ميزة إضافية حيث ساهم تحسين الاستقرار الداخلي للبطارية في تعزيز دورة حياة البطارية “عدد مرات الشحن والاستخدام”.
وقال الفريق البحثي: تفاجأنا برؤية أن طبقة الليغنين حسنت أيضًا دورة حياة البطارية. لقد زدنا دورة حياة البطارية بنسبة 60٪. كما يتميز هذا البحث بصداقته للبيئة، حيث تمكن الباحثون من إنتاج فواصل الليغنين باستخدام طريقة معالجة جافة ومنخفضة التكلفة. وهذا يعني أنهم نجحوا في إنتاج كميات كبيرة من طبقة الليغنين حسب الطلب دون استخدام المذيبات الضارة التي تُستخدم عادةً في إنتاج الفواصل التقليدية، والتي قد تكون ضارة بالبيئة.
وفي هذه الحالة، استطاع الباحثون استخدام الليغنين ومواد أخرى تتيح تحويل 100٪ من المواد الخام لصنع طبقة دون توليد أي نفايات أو تلوث. الليغنين، وخاصة “ليغنوسلفونات”، متوفر طبيعيًا بوفرة ولا يحتاج إلى معالجة إضافية ليعمل في البطاريات.