باحثون صينيون يطورون بطارية تطيل مدى تحليق الطائرات دون طيار

شفا – (شينخوا) طور باحثون صينيون وسيلة جديدة لتعزيز أداء بطاريات الليثيوم والكبريت، في إنجاز قد يتيح للطائرات دون طيار التحليق لمسافات أطول بكثير باستخدام شحنة واحدة فقط.

وتمهد هذه الدراسة التي نشرت مؤخرا في مجلة نيتشر، الطريق أمام تطوير بطاريات أكثر قوة وعمرا، يمكن استخدامها في معدات الطيران على الارتفاعات المنخفضة وغيرها من التطبيقات.

وتعتمد معظم الطائرات دون طيار التقليدية حاليا على بطاريات الليثيوم-أيون، التي باتت تقترب من حدودها فيما يتعلق بكثافة الطاقة. وعادة ما تقل كثافة الطاقة فيها، أي كمية الطاقة المخزنة لكل وحدة وزن، عن 300 واط/ساعة لكل كيلوغرام، ما يفرض قيودا على مدة الطيران ويثير ما يعرف بـ”قلق المدى”.

أما بالنسبة إلى بطاريات الليثيوم-الكبريت فتعتبر بديلا واعدا نظرا لكثافة الطاقة النظرية العالية لديها، إلى جانب وفرة الكبريت وانخفاض تكلفته. غير أنه في الممارسة العملية، واجهت هذه البطاريات عقبة كبيرة، حيث يشهد الكبريت أثناء الشحن والتفريغ عمليات كيميائية معقدة تولد الكثير من المواد الوسيطة القابلة للذوبان، والتي تميل إلى الانجراف بعيدا وإبطاء التفاعلات، ومن ثم إهدار الطاقة.

وقدم فريق بحثي بقيادة كلية تسينغهوا شنتشن الدولية للدراسات العليا حلا جديدا من خلال إضافة “مادة وسيطة” لكهروكيمياء الكبريت، وأوضح تشو قوانغ مين، الباحث من الكلية، أن هذه المادة تظل خاملة داخل البطارية حتى الحاجة إليها، وعندما يبدأ تفاعل الكبريت، تنشط مباشرة في موقع التفاعل الكيميائي وتبدأ بأداء دورها، مضيفا أن المادة الجديدة قادرة على احتجاز المواد الوسيطة القابلة للذوبان ومنعها من الانجراف، ما يجعل عملية التفاعل أكثر سلاسة وكفاءة.

كما أعاد الفريق تصميم شبكة التفاعل على المستوى الجزيئي، حيث يقلل الجزيء المطور حديثا من المقاومة الداخلية للبطارية بنسبة 75 في المائة مقارنة بالتصميمات التقليدية. وفي الاختبارات، حافظت البطارية الجديدة على أداء مستقر عبر 800 دورة شحن وتفريغ، واحتفظت بما يقرب من 82 بالمائة من سعتها. وجدير بالإشارة أن الفريق قام ببناء نموذج أولي عملي لبطارية كيسية بكثافة طاقة تبلغ 549 واط/ساعة لكل كيلوغرام، وذلك ما يقرب من ضعف كثافة العديد من بطاريات الطائرات دون طيار القياسية المستخدمة حاليا.

وقال تشو إن هذا التطور مهم جدا بالنسبة للطائرات دون طيار، إذ تعني كثافة الطاقة العالية أوقات طيران أطول وحمولات أكبر ونطاق عمل أكبر. وأضاف أن طائرات التوصيل دون طيار ستتمكن من قطع مسافات أطول لإيصال الطرود بينما تستطيع طائرات فحص خطوط الكهرباء تغطية عدد أكبر من الأبراج في رحلة واحدة، كما يمكن لطائرات البحث والإنقاذ البقاء في الجو لفترات أطول في الحالات التي تكون فيها كل دقيقة حاسمة.