اكتشاف من معهد MIT قد يغيّر سرعة شحن البطاريات جذريًا

في تحول علمي واعد، كشف معهد MIT (Massachusetts Institute of Technology) عن اكتشاف يُحتمل أن يُحدث “ثورة” في سرعة شحن البطاريات، خصوصًا بطاريات الليثيوم-أيون المستخدمة على نطاق واسع في الهواتف الذكية، الحواسيب، والمركبات الكهربائية. الخبر نشره موقع Indyturk بعنوان "MIT’den batarya şarj hızında devrim yaratacak buluş" أي “اكتشاف من MIT يُحدث ثورة في سرعة شحن البطارية”. 

خلفية تقنية لآلية الشحن التقليدية

البطاريات الليثيوم-أيون تعمل عبر حركة الأيونات (ليثيوم) بين القطب السالب والموجب داخل البطارية. خلال الشحن، تُدفع الأيونات لتدخل في هيكل القطب الموجب، مع تلقي إلكترونات من الدائرة الخارجية. عملية الشحن تعتمد على سرعة هذا التفاعل، التي غالبًا ما تكون محدودة بسبب عوامل داخلية مثل مقاومة الوسط بين القطبين، التوصيل الإلكتروني داخل القطب، وانتشار الأيونات.

حتى الآن، معظم تحسينات الشحن ركّزت على تعديل المواد، تحسين البنية النانوية للقطب، أو استخدام إلكتروليتات أفضل، لكن المعايير الأساسية للتصميم غالبًا ما تُبقى ضمن مظلة تجريبية أو طرق محاكاة.

ما الجديد الذي اكتشفه باحثو MIT؟

حسب التقرير، الباحثون في MIT اعتمدوا منظورًا جديدًا يركّز على مفهوم “نقل الأيون-إلكترون المتزامن” (coupled ion-electron transfer)، حيث يُشترط أن الأيون لا يحرك نفسه فقط بل يجب أن يتزامن مع انتقال إلكترون ليكون التفاعل فعالًا. بمعنى آخر، يُعتقد أن الشحن يُصبح أكثر سرعة إذا وُفّرت الظروف التي تجعل الأيونات تنتقل فقط حين يكون هناك إلكترونات ترافقها بشكل متسق. 

الفريق الباحث اختبر هذه النظرية في أكثر من 50 مادة تنافسية، وقالوا إن النماذج التقليدية، التي تفترض أن الأيون والإلكترون ينفصلان في النقل، ربما بالغت في تقدير سرعة التفاعل الحقيقي داخل البطارية. بمعنى أن الطريقة القديمة ربما تقيس قدرة النظرية، لكن الواقع يحده تزامن الأيونات مع الإلكترونات. 

الباحثون أشاروا إلى أن التعديل في تركيبة الإلكتروليت أو استخدام إضافات كيميائية دقيقة قد تُسهّل هذا النقل المتزامن، مما يُسرّع الشحن أو التفريغ، مع تقليل التلف الذي يحدث في التكرارات الطويلة. 

التطبيقات الممكنة والتأثيرات المتوقعة

إذا تم تطبيق هذا المفهوم على نطاق تجاري، يمكن أن نرى:

شحن أسرع بشكل ملموس: حيث تُقضى ساعات الشحن الطويلة في دقائق أو أجزاء من الساعة، خصوصًا في المركبات الكهربائية.

بطاريات أطول عمرًا: بفضل تقليل الضغوط الداخلية أثناء الشحن السريع، قد ينخفض التآكل أو تشكّل الزحف الكيميائي.

كفاءة أعلى في الطاقة: استهلاك أقل للطاقة الضائعة في المقاومة الداخلية، مما يعزز الكثافة الفعلية لاستخدام الطاقة.

ابتكارات في الهواتف المحمولة والأجهزة المحمولة: قد يدعم هذا الاكتشاف تصنيع هواتف تشحن كامل شحنتها في دقائق.

تنافس في سوق البطاريات المستقبلية: الشركات المصنعة للبطاريات والمركبات الكهربائية ستسعى لتبني هذه النظرية في نماذجها المستقبلية.

التحديات التي قد تواجه التطبيق العملي

الترجمة من المفهوم النظري إلى تصنيع واسع: لا بد من اختبارات مكثّفة في ظروف الاستخدام الفعلية (حرارة، ضغط، دورة الشحن).

التوافق المادي مع المواد الحالية: التصاميم الحالية قد تحتاج تعديلات كبيرة في المواد أو البنى الدقيقة للقطب أو الإلكتروليت.

التكلفة: بعض الإضافات الكيميائية أو المواد الخاصة التي تدعم النقل المتزامن قد تكون مكلفة أو تتطلب موارد نادرة.

الأمان: أي تغيير في سرعة التفاعل يجب أن يُضمن عدم التسبب في ظواهر مثل الدفعة الحرارية (thermal runaway) أو عوامل العطل المرتبطة بالإفراط في الشحن.

السياق العلمي والدولي

هذا الاكتشاف يأتي في لحظة حاسمة، حيث تزايد التركيز على الابتكارات في تكنولوجيا البطاريات، خاصة مع طلب متزايد على السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة. كثير من الجامعات وشركات التقنية تستثمر في البحث عن المواد الجديدة، البنى النانوية، وحتى البطاريات الصلبة.

إذا نجحت تطبيقات هذا المفهوم، فقد ينضم إلى اختراعات كـ بطاريات الحالة الصلبة أو التبادل الأيون-الهجين كخطوة كبيرة في تطوّر البطاريات.