خطوة جديدة في تسريع شحن السيارات الكهربائية

تتمثل إحدى الصعوبات التي تواجهها السيارات الكهربائية في يومنا هذا في بطءِ عملية شحن البطارية اللازمة لعمل السيارة، وعدم قدرتها على العمل مسافاتٍ طويلة لحاجتها إلى الشحن تبعًا وتكرارًا. ولن تصبح السيارات الكهربائية الصديقة للبيئة سياراتِ المستقبل إلَّا عندما نتمكن من شحنها بالسرعة التي يُعاد بها تعبئة الوقود في السيارات التقليدية. 

وفي سبيل تحقيق ذلك؛ تسعى الشركات والجهات المعنية إلى تطوير تقنية الشحن السريع (Extreme Fast Charging XFC) في بطاريات ذات طاقات عالية، بهدف شحن السيارة في خلال 10 دقائق لسيرِ مسافة 200 ميل (ما يُعادل 322 كيلو متر تقريبًا). ولكن العائق الأساسي في وجه تطوير ذلك هو مشكلة الـ plating (تجمع معدن الليثيوم حول القطب الموجب للبطارية) التي تحدث عادةً عند الشحن بمعدلات عالية مما يؤدي إلى تدهور عمر البطارية، إضافةً إلى حاجة البطارية إلى التبريد في أثناء عملية الشحن السريع XFC.

إنَّ بطاريات الليثيوم التقليدية تُشحن وتفرَّغ عند درجة الحرارة نفسها، ولكن في دراسة أُجريت مؤخرًا قدَّم من خلالها الباحثون طريقةً جديدة للتلاعب بدرجات الحرارة في أثناء شحن البطارية وتفريغها (Asymmetric Temperature Modulation ATM)، التي تتمثل بشحن خلية الليثيوم أيون Li-ion عند درجات حرارة مرتفعة في مدة لا تتجاوز 10 دقائق لكلّ دورة شحن؛ منعًا لحدوث تآكل أو تدهور ونقص في عمر البطارية، ومن ثمَّ استخدامها وتفريغها بدرجات حرارة منخفضة.

وقد اختبر الباحثون ذلك بشحنِ بطاريات الليثيوم-أيون عند ثلاث درجات حرارة مختلفة (40، 49، 60) درجة مئوية وبالطبع عند درجة حرارة غرفة الاختبار دون أيّ تسخين للبطارية التي كانت 20 درجة مئوية، ثمَّ تبريدها بوسائل مختلفة وتفريغها لإعادة شحنها من جديد، وذلك لمعرفة عدد الدورات التي يمكن أن تُشحن فيها البطارية قبل حدوث أي تلف في سعتها.

كانت نتائج الاختبار كما هي متوقعة؛ إذ فقدت البطارية التي لم تُسخَّن 20% من سعتها بعد 60 دورة فقط من الشحن السريع، في حين ارتفعت عدد دورات الشحن مع ازدياد درجات حرارة البطارية في أثناء الشحن إذ أصبحت 380 دورة عند درجة الحرارة 40، و1000 دورة شحن سريع عند الدرجة 49. وأخيرًا عند الدرجة 60 وصلت البطارية إلى 1700 دورة XFC قبل أن تفقد 20% من السعة. وقد نجح الباحثون بشحن خلية ليثيوم-أيون عالية الطاقة (209 واط/كغ) وفق طريقة الـ ATM بالشحن السريع 2500 دورة XFC (أي ما يعادل سير السيارة 500000 ميل)، ولم تخسر البطارية سوى 8.3% من سعتها، وقد تجاوزت النتيجة على نحو كبير هدفَ الباحثين من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) وتوقعاتهم، إذ كان الهدف الأولي من الدراسة ( خسارة 20 % من سعة البطارية  بعد 500 دورة XFC فقط).

نستنتج من الدراسة السابقة بأنَّ الطريقة الجديدة في تغيير درجات الحرارة وتعديلها في أثناء الشحن والتفريغ ATM فتحت مسارًا جديدًا لتحسين حركة السيارات الكهربائية وتسهيلها مع استمرار تحقيق عمر افتراضي أطول للبطاريات؛ أي أصبح بإمكان بطارية الليثيوم-أيون للسيارات الكهربائية أن تكفي لقيادة مسافة تقارب الـ 300 كم عن طريق شحنها مدةَ عشر دقائق فقط! ممَّا يسمح باستخدامها في السيارات وكسر المشكلة التي تحدثنا عنها في البداية.

المصدر: 

هنا