حرائق بطاريات الليثيوم أيون… تقنية للإطفاء الذاتي
زادت حرائق بطاريات الليثيوم أيون من اهتمام القائمين على تلك الصناعة بضرورة إيجاد حل جذري لتلك المعضلة التي قد تؤثر سلباً في جهود التحول إلى النقل النظيف.
حرائق بطاريات الليثيوم أيون
ويُمكن أن تحدث تلك الحرائق حال ارتفاع درجة حرارة خلية واحدة فقط من البطارية (نتيجة التلف أو التصميم المَعيب أو حتى استعمال شواحن رديئة الجودة) ما يؤدي إلى حدوث التأثير التراكمي أو ما يُطلق عليه “الهروب الحراري” مع اندلاع حريق في غضون ثوانٍ معدودة يمكن أن تصل درجة حرارته إلى 600 درجة مئوية.
خطوة على الطريق
وفي خطوة نحو القضاء على ظاهرة حرائق بطاريات الليثيوم أيون طور الباحثون نوعاً من تلك البطاريات التي تتمتع بخاصية إطفاء ذاتي تساعدها على تفادي وقوع مثل تلك الحوادث المروعة دون الحاجة إلى تدخلات خارجية وفق نتائج دراسة بحثية نشرتها دورية نيتشر ساستينابيليتي (Nature Sustainability).
وتمثل بطاريات الليثيوم طفرة كبيرة في المنجزات التقنية العديدة التي توصل إليها العقل البشري بدءاً من الهواتف الذكية والطائرات المسيرة متعددة المروحيات مروراً بالسيارات الكهربائية التي تقطع مسافات طويلة والدراجات الإلكترونية وانتهاءً بأجهزة الحواسيب المحمولة التي تعمل طوال اليوم والعجلات الأحادية الكهربائية وألواح التزلج.
لكن وسط كل تلك الصورة الوردية تبرز حرائق بطاريات الليثيوم أيون أحد العوامل التي تُكدِّر صفو المشهد بعد أن أضحت تلك الحرائق حقيقة حياتية مدمرة نشهدها بين الحين والآخر.
فقد سجلت مدينة نيويورك الأميركية ما يزيد على 200 حادثة في العام 2022 وبعض تلك الحرائق كانت ناجمة عن انفجار مدوي للبطارية لدرجة أن أقلها شدة قد يُسقِط النوافذ من الغرف.
الإلكتروليت.. كلمة السر
وكشف العلماء من جامعتي كليمسون الأميركية وهونان الصينية عن حل لتلك المعضلة فقد ابتكروا نوعاً جديداً من بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن عبر استبدال سائل الإلكتروليت الذي يتسم بدرجة عالية من الاشتعال بمواد تشبه تلك الموجودة في طفاية الحريق التقليدية.
وبدلاً من استعمال المذيبات العضوية العادية القابلة للاشتعال في إلكتروليتات البطارية لجأ الباحثون إلى نسخة معدلَة من سائل نقل الحرارة غير قابل للاشتعال يُطلق عليه نوفيك 7300 (Novec 7300).
ويتيح الإلكتروليت لأيونات الليثيوم التي تحمل شحنة كهربائية التحرك عبر فاصل بين الأطراف الموجبة والسالبة لبطارية الليثيوم أيون.
وعبر تعديل المبردات التجارية ذات الأسعار الميسورة لتعمل بوصفها إلكتروليتات للبطارية استطاع الباحثون إنتاج بطاريات الليثيوم ذاتية الإطفاء التي يُعول عليها في إسدال الستار على حرائق بطاريات الليثيوم أيون.
حرائق بطاريات الليثيوم أيون واختبار المسامير
كما أخضع الباحثون تلك البطاريات لاختبار اختراق المسامير وهي تقنية شائعة لتقييم سلامة بطارية الليثيوم أيون إذ إن تمرير مسمار من الفولاذ المقاوم للصدأ عبر بطارية مشحونة يحاكي حدوث ماس كهربائي داخلي.
وإذا اشتعلت النيران في البطارية فإنها تفشل في الاختبار لكن عندما أدخل الباحثون مسماراً في البطارية المشحونة صمدت أمام التأثير دون أن تشتعل فيها النيران.
وأظهر الإلكتروليت ذاتي الإطفاء أداءً جيداً في كل من بطاريات الليثيوم والبوتاسيوم أيون لعدم اشتعال النيران به حتى عندما اخترقت المسامير تلك البطاريات وكان أداء الإلكتروليت جيداً للغاية بين -75 و80 درجة مئوية.
واستطاعت البطاريات التي صنعها الباحثون في المختبر بهذا الإلكتروليت نقل الحرارة بعيداً عن البطارية بشكل جيد للغاية وإطفاء الحرائق الداخلية بفاعلية.
كما تتعامل تلك البطاريات جيداً مع الحرارة الشديدة والبرودة بشكل أفضل بكثير من الإلكتروليتات التقليدية وفي بعض الحالات يحتفظ الإلكتروليت بسعة البطارية خلال عدد كبير من دورات الشحن.
التسويق التجاري
وتبرز السهولة التي قد تُطرح بها بطاريات الليثيوم ذاتية الإطفاء للاستعمال التجاري واسع النطاق في منع حرائق بطاريات الليثيوم أيون.
وفي هذا الصدد قال الباحثون: لكون الإلكتروليت البديل لدينا يتمتع بخصائص فيزيائية مماثلة للإلكتروليتات المستعملة حالياً يمكن دمجه بسهولة مع خطوط إنتاج البطاريات الحالية.
وأضافوا: حال تبنت الصناعة تلك التقنية نتوقع أن تقدر الشركات على تصنيع بطاريات غير قابلة للاشتعال في مصانع بطاريات الليثيوم أيون الحالية الخاصة بها.