تخطى إلى المحتوى

وفاة مخترع بطارية الليثيوم عن عمر ناهز 100 عام

الليثيوم

توفي عن عمر 100 عام الفيزيائي الأميركي جون غودِناف الذي كان أحد مبتكري بطارية الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن ونال مع شريكيه البريطاني والياباني في هذا الاختراع جائزة نوبل للكيمياء عام 2019، على ما أعلنت، الثلاثاء، جامعته في أوستن بولاية تكساس.

وأوضحت جامعة تكساس التي زاول غودِناف التدريس منذ عام 1986 في كلية “كوكريل” للهندسة التابعة لها توفي الأحد.

ولاحظ رئيس الجامعة جاي هارتزل في بيان أن الفيزيائي المولود عام 1922 في ألمانيا والذي نشأ وتلقى علومه في الولايات المتحدة “ترك إرثاً واسعاً كعالم، إذ أدت اكتشافاته إلى تحسين حياة مليارات البشر في مختلف أنحاء العالم”.

ولا يزال جون غودِناف إلى اليوم الأكبر سناً بين الفائزين بجائزة نوبل في تاريخها، إذ نالها عندما كان في السابعة والتسعين مع عالِمَي الكيمياء البريطاني ستانلي ويتينغهام المولود عام 1941 والياباني أكيرا يوشينو المولود عام 1948.

فبعد الأزمات النفطية في سبعينات القرن العشرين، شرع الأستاذ في جامعة بينغهامتون الأميركية راهناً ستانلي ويتينغهام الذي كان يعمل حينها في شركة “إكسون” النفطية، في البحث عن مصادر غير أحفورية للطاقة.

وأسفرت أبحاثه عن اكتشاف طريقة لإنتاج الطاقة من الليثيوم، وهو معدن خفيف جداً لدرجة أنه يطفو على الماء.

ثم عمل الأستاذ بجامعة تكساس في أوستن جون غودِناف على زيادة خصائص الابتكار من خلال إنتاج الطاقة من أكسيد المعدن بدلاً من ثاني الكبريتيد.

وفي عام 1980، أثبت أن الجمع بين أكسيد الكوبالت وأيونات الليثيوم يمكن أن ينتج ما يصل إلى 4 فولتات.

وانطلاقاً من هذه الاكتشافات، ابتكر أكيرا يوشينو البالغ 71 عاماً أول بطارية تجارية عام 1985.

واعتبرت الأكاديمية الملكية السويدية عند منحهم جائزة نوبل أنهم ابتكروا “عالماً قابلاً لإعادة الشحن”.

وأضافت أن “بطاريات الليثيوم أحدثت ثورة في حياتنا منذ أن طُرحت عام 1991″، و”عادت بمنافع كبيرة على البشرية”، من بينها تطوير القدرة على استخدام الأجهزة النقّالة وولوج ملايين الناس إلى المعلومات والإنترنت بواسطة الهواتف الجوّالة.

وقال غودِناف عندما حصل على جائزة نوبل “أنا سعيد جداً لأن اكتشافي ساعد على التواصل في مختلف أنحاء العالم. نحن بحاجة إلى بناء علاقات وليس إلى الحروب”.

وأضاف “أكون سعيداً إذا استخدمه الناس للخير لا للشر”.

الليثيوم 

الليثيوم هو عنصر كيميائي رمزه Li وعدده الذري 3. يقع الليثيوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثانية وفي المجموعة الأولى كأوّل الفلزّات القلويّة. الليثيوم النقي هو فلزّ ذو لون أبيض فضّي، وهو ليّن وخفيف، حيث أنّه الفلزّ الأقلّ كثافة بين العناصر الكيميائيّة الصلبة وذلك في الظروف القياسيّة من الضغط ودرجة الحرارة.

الليثيوم
الليثيوم

نتيجة النشاط الكيميائي الكبير لعنصر الليثيوم فهو لا يوجد في الطبيعة بصورته الحرّة، لذلك يحفظ عادةً ضمن وسط من زيت معدني. عند درجة حرارة الغرفة وفي وسط جاف تماماً يبقى الليثيوم لفترة طويلة نسبياً قبل أن يتحول إلى نتريد الليثيوم نتيجة تفاعله مع نيتروجين الهواء. وفي الوسط الرطب يتشكّل على سطح الليثيوم النقي طبقة رماديّة من هيدروكسيد الليثيوم. كغيره من الفلزّات القلويّة يتفاعل الليثيوم بعنف مع الماء. يوجد الليثيوم بآثار قليلة على شكل أملاح في المياه المعدنيّة وكذلك في جسم الإنسان، مع ضرورة الإشارة إلى أنّه لا ينتمي إلى فئة المغذّيات الضروريّة الأساسيّة، إذ لا توجد له أهميّة حيويّة. بالمقابل، فإنّ لبعض أملاح الليثيوم مثل الكربونات أثر طبي وتستخدم ضمن العلاج بالليثيوم لاضطرابات عصبيّة نفسيّة مثل الهوس والاكتئاب والاضطراب ثنائي القطب. لليثيوم العديد من التطبيقات التقنيّة المهمّة، أشهرها دخوله في صناعة بطاريات الليثيوم المختلفة التي تستعمل لمرة واحدة بالإضافة إلى بطارية ليثيوم-أيون القابلة للشحن.

وفاة مخترع بطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن

لا يزال جون غودِناف إلى اليوم الأكبر سناً بين الفائزين بجائزة نوبل في تاريخها، إذ نالها عندما كان في السابعة والتسعين مع عالِمَي الكيمياء البريطاني ستانلي ويتينغهام المولود عام 1941 والياباني أكيرا يوشينو المولود عام 1948.

وفاة مخترع بطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن
وفاة مخترع بطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن

توفي عن عمر مئة عام الفيزيائي الأمريكي جون غودِناف الذي كان أحد مبتكري بطارية الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن ونال مع شريكيه البريطاني والياباني في هذا الاختراع جائزة نوبل للكيمياء عام 2019، على ما أعلنت الثلاثاء جامعته في أوستن بولاية تكساس.

وأوضحت جامعة تكساس التي زاول غودِناف التدريس فيها منذ عام 1986 في كلية “كوكريل” للهندسة التابعة لها أنه توفي الأحد.

ولاحظ رئيس الجامعة جاي هارتزل في بيان، أن الفيزيائي المولود عام 1922 في ألمانيا والذي نشأ وتلقى علومه في الولايات المتحدة “ترك إرثاً واسعاً كعالم، إذ أدت اكتشافاته إلى تحسين حياة مليارات البشر في مختلف أنحاء العالم”.

ولا يزال جون غودِناف إلى اليوم الأكبر سناً بين الفائزين بجائزة نوبل في تاريخها، إذ نالها عندما كان في السابعة والتسعين مع عالِمَي الكيمياء البريطاني ستانلي ويتينغهام المولود عام 1941 والياباني أكيرا يوشينو المولود عام 1948.

فبعد الأزمات النفطية في سبعينات القرن العشرين، شرع الأستاذ في جامعة بينغهامتون الأمريكية راهناً ستانلي ويتينغهام الذي كان يعمل حينها في شركة “إكسون” النفطية، في البحث عن مصادر غير أحفورية للطاقة.

وأسفرت أبحاثه عن اكتشاف طريقة لإنتاج الطاقة من الليثيوم، وهو معدن خفيف جداً لدرجة أنه يطفو على الماء.

ثم عمل الأستاذ بجامعة تكساس في أوستن جون غودِناف على زيادة خصائص الابتكار من خلال إنتاج الطاقة من أكسيد المعدن بدلاً من ثاني الكبريتيد.

وفي عام 1980، أثبت أن الجمع بين أكسيد الكوبالت وأيونات الليثيوم يمكن أن ينتج ما يصل إلى أربعة فولتات.

وانطلاقاً من هذه الاكتشافات، ابتكر أكيرا يوشينو البالغ 71 عاماً أول بطارية تجارية عام 1985.

“حقول الليثيوم” في أمريكا الجنوبية تكشف عن الجانب المظلم لمستقبلنا الكهربائي

"حقول الليثيوم" في أمريكا الجنوبية تكشف عن الجانب المظلم لمستقبلنا الكهربائي
“حقول الليثيوم” في أمريكا الجنوبية تكشف عن الجانب المظلم لمستقبلنا الكهربائي

يعد الليثيوم طريقا للخروج من اعتمادنا على إنتاج الوقود الأحفوري. باعتباره أخف معدن معروف على هذا الكوكب، فإنه يستخدم الآن على نطاق واسع في الأجهزة الكهربائية

تم التقاط صور لحقول استخراج الليثيوم في أمريكا الجنوبية بواسطة مصور جوي وبدقة عالية ومذهلة. الصور رائعة ومجرد رؤيتها شيء مذهل إلا أنها تمثل الجانب المظلم لعالمنا الذي يتطلب الكهرباء بشكل سريع.

يمثل الليثيوم طريقا للخروج من اعتمادنا على إنتاج الوقود الأحفوري. باعتباره أخف معدن معروف على هذا الكوكب، فإنه يستخدم الآن على نطاق واسع في الأجهزة الكهربائية من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى السيارات والطائرات.

تشتهر بطاريات الليثيوم أيون بتشغيل السيارات الكهربائية، والتي من المقرر أن تمثل حوالى 60 في المائة من مبيعات السيارات الجديدة بحلول عام 2030. فعلى سبيل المثال، تستخدم بطارية تسلا نموذج “إس” نحو 12 كيلوغراما من الليثيوم.

الليثيوم
الليثيوم

هذه البطاريات هي المفتاح للحصول على طاقة خفيفة الوزن وقابلة لإعادة الشحن. وكما هو الحال، فإن الطلب على الليثيوم غير مسبوق، ويعتبر كثيرون أنه ضروري من أجل التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة. ومع ذلك، فإن هذا لا يأتي من دون تكلفة، فقد يكون تعدين العنصر الكيميائي ضارا بالبيئة.

المصور الجوي الألماني توم هيغن متخصص في توثيق الآثار التي نتركها على سطح الأرض، ويقدم عمله لمحة عامة عن الأماكن التي نستخرج منها الموارد ونصقلها ونستهلكها من خلال سلسلته الأخيرة التي تعرض “مثلث الليثيوم”.

يمكن العثور على هذه المنطقة الغنية بالرواسب الطبيعية حيث تلتقي حدود تشيلي والأرجنتين وبوليفيا. ويتم تخزين الربع تقريبا في المسطحات الملحية “سالار دي أتاكاما” في شمال تشيلي.

تحدث إلينا هيغن عن المشروع بقوله: “نظرًا لأن الكثير من عملي يتعامل مع استخراج الموارد ومعالجتها واستخدامها فقد اهتممت بما يبدو عليه انتقال قطاع التنقل نحو التنقل الكهربائي”.

“الليثيوم هو أحد المكونات الرئيسية لبطاريات السيارات والصناعة وأردت تصوير أكبر الأمثلة على مستوى العالم لمواقع تبخر الليثيوم في مثلث الليثيوم في تشيلي وبوليفيا والأرجنتين”.

بطارية أيونات الليثيوم

طَّارِيَّةُ أَيُون اَلْلِيثْيُوم أو بطارية شاردية ليثيومية نوع من البطاريات القابلة للشحن (مركم / خلية ثانوية)، يتكون مهبطها (القطب الموجب) من عنصر الليثيوم. ويتكون مصعدها (القطب السالب) عادة من الكربون المسامي (الغرافيت). وتشمل مركمات أو بطاريات أيون الليثيوم عدة أنواع من البطاريات تعتمد على نوع التفاعل الكيميائي المميز لها، وطريقة أدائها وسعرها ومدى سلامتها.

أثناء عمل البطارية وتوصيل البطارية بدائرة خارجية يمر التيار الكهربائي داخل البطارية من المصعد إلى المهبط مثلما يحدث في أي بطارية عادية: تتحرك أيونات الليثيوم Li+ في داخل البطارية من المصعد إلى المهبط خلال كهرل غير مائي وغشاء فاصل.

أثناء الشحن يعمل المصدر الخارجي على تمرير تيار كهربائي في الاتجاه العكسي، حيث يوصل القطب الموجب للمصدر بمهبط البطارية ويوصل مصعد البطارية بالقطب السالب للمصدر. عندئذ تتوجه أيونات الليثيوم (وهي موجبة الشحنة) إلى المصعد وتستقر في مادته المسامية.

ويستخدم مخلوط من الكربونات العضوية لتشكيل الكهرل ويحتوي أيضا على أيونات الليثيوم. ويستخدم لذلك أملاح مثل LiPF6 و LiAsF6 و LiClO4 و LiBF4 وتريفلات الليثيوم.

والليثيوم مثله مثل الصوديوم من المواد النشطة كيميائياً. فهو يتفاعل بشدة مع الماء مكونا هيدروكسيد الليثيوم مع انطلاق غاز الهيدروجين. لهذا تستخدم كهرلات في بطارية الليثيوم أيون لا تحتوي على الماء. وفي نفس الوقت يجب منع تلامس الماء مع البطارية وذلك عن طريق تغليفها بعازل محكم.

طَّارِيَّةُ أَيُون اَلْلِيثْيُوم أو بطارية شاردية ليثيومية نوع من البطاريات القابلة للشحن (مركم / خلية ثانوية)، يتكون مهبطها (القطب الموجب) من عنصر الليثيوم. ويتكون مصعدها (القطب السالب) عادة من الكربون المسامي (الغرافيت). وتشمل مركمات أو بطاريات أيون الليثيوم عدة أنواع من البطاريات تعتمد على نوع التفاعل الكيميائي المميز لها، وطريقة أدائها وسعرها ومدى سلامتها.

أثناء عمل البطارية وتوصيل البطارية بدائرة خارجية يمر التيار الكهربائي داخل البطارية من المصعد إلى المهبط مثلما يحدث في أي بطارية عادية: تتحرك أيونات الليثيوم Li+ في داخل البطارية من المصعد إلى المهبط خلال كهرل غير مائي وغشاء فاصل.

أثناء الشحن يعمل المصدر الخارجي على تمرير تيار كهربائي في الاتجاه العكسي، حيث يوصل القطب الموجب للمصدر بمهبط البطارية ويوصل مصعد البطارية بالقطب السالب للمصدر. عندئذ تتوجه أيونات الليثيوم (وهي موجبة الشحنة) إلى المصعد وتستقر في مادته المسامية.

ويستخدم مخلوط من الكربونات العضوية لتشكيل الكهرل ويحتوي أيضا على أيونات الليثيوم. ويستخدم لذلك أملاح مثل LiPF6 و LiAsF6 و LiClO4 و LiBF4 وتريفلات الليثيوم.

والليثيوم مثله مثل الصوديوم من المواد النشطة كيميائياً. فهو يتفاعل بشدة مع الماء مكونا هيدروكسيد الليثيوم مع انطلاق غاز الهيدروجين. لهذا تستخدم كهرلات في بطارية الليثيوم أيون لا تحتوي على الماء. وفي نفس الوقت يجب منع تلامس الماء مع البطارية وذلك عن طريق تغليفها بعازل محكم.

ما هو الفرق بين البطاريات الليثيوم و البطاريات العادية؟

مع تزايد استخدام الهواتف الذكية في حياتنا، ازداد اهتمام ورغبة الناس بالحصول على هواتف تمتلك بطاريات تدوم لوقت طويل بدون شحن، فقامت الشركات بتطوير صناعة البطاريات واستعمال الليثيوم، فما هو الفرق بين بطاريات الليثيوم والبطاريات العادية؟

لطالما اعتبرت بطاريات الرصاص الحمضية VRLA (التقليدية) أحد أهم مصادر الطاقة والتي تدعم محولات الطاقة UPS في الشركات، فهي تتميز بثمنها المنخفض نتيجة توفر مواد التصنيع (حوالي نصف كلفة بطاريات Li-ion)، كما أنها لا تحتاج إلى صيانة دورية وتعتبر أقل ضررًا للبيئة وأكثر أمانًا مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى ذات الثقوب المفتوحة، لكن مقاومة التيار الكهربائي فيها تزداد مع مرور الزمن وهذا يقلل الإستطاعة الكهربائية للبطارية، وقد تزداد مقاومة التيار بشكل أكبر في حالة الشحن الزائد لذلك يجب فحصها باستمرار والانتباه إلى الخلايا التالفة في البطارية أو الاعتماد على نظام مراقبة شحن للبطارية.

وان درجة الحرارة المثلى لهذه البطارية هي أقل من 20 درجة وكلما ارتفعت درجة الحرارة كلما زادت المخاطر فقد ينقص العمر الزمني لها بمقدر النصف عندما ترتفع درجة حرارتها عن الـ 20. كما أن درجات الحرارة المنخفضة تؤثر على أداء البطارية لكنها لا تسبب ضرر في بنيتها، وتعاني من مشكلة التفريغ الذاتي للتيار ومشكلة التيار الضائع نتيجة المقاومة.

أما اليوم فإن الإعتماد الأكبر على بطاريات الليثيوم نوع Li-ion بسبب كفائتها العالية، فبالرغم من غلاء ثمنها تعتبر ذات عمر تشغيلي أطول حوالي 12-15 عام وأخف وزن بحوالي 60% وأقل حجم بحوالي 70% من التقليدية وأكثر أمانًا بمختلف درجات الحرارة، لذلك تستخدم في الهواتف المحمولة، كما أن فترات الصيانة الدورية لها أطول بكثير من غيرها، ويعتبر التركيب الكيميائي لبطاريات Li-ion أبسط من التقليدية مما يؤمن الأداء السلس والمريح.

محاسن ومساوئ بطاريات الليثيوم

من محاسن بطاريات الليثيوم على صعيد الحجم والوزن أنها تخزن طاقة تعادل 4 أضعاف الطاقة التي تخزنها الأنواع الأخرى ذات الحجم نفسه. وهي إحدى أهم ميزات هذا النوع.
وعلى صعيد تيار الشحن، تبلغ نسبة تيار الشحن الأعظمي لباقي أنواع البطاريات كالنوع AGM حوالي 25 إلى 30% من سعة البطارية، بينما تقبل بطاريات الليثيوم LiFe PO4 تيار شحن يعادل 100-200% من سعتها.
بالنسبة لدورات الشحن، إذا شُحنت بطارية LiFe PO4 بالطريقة المثلى (يجب ألا ينخفض شحنها عن 20%)، فإن دورات الشحن يمكن أن تصل لـ 5000 دورة، بينما لا تتعدى دورة شحن بطاريات AGM بأفضل حالاتها 500 أو 600 دورة شحن، وهذا ما يفسر سبب ارتفاع ثمن بطاريات الليثيوم.
تعطي جهدًا ثابتًا خلال فترة طويلة أثناء التفريغ بينما ينخفض جهد أغلب أنواع البطاريات خلال التفريغ، كما تحافظ بطاريات الليثيوم على الجهد المقدم عند زيادة الحمل على النقيض من باقي الأنواع كبطاريات ليد أسيد Lead Acid التي ينخفض جهدها بشكل ملحوظ عند زيادة الحمل المطبق.

أما بالنسبة للمساوئ

  • يجب عدم تفريغ هذه البطاريات بشكل كامل 100%، فقد يؤدي التفريغ الكامل إلى انعكاس قطبية بعض الخلايا ولا يمكن إصلاحها.
  • ومن مساوئها أيضاً حاجتها لدارة شحن متطورة تناسب مبدأ عملها.
  • أما اقتصادياً فيبلغ نظام ثمن نظام إدارة شحن البطارية 3 أو 4 أضعاف ثمن دارات شحن الأنواع الأخرى من البطاريات، كما أنها أعلى ثمناً.

أنواع بطاريات الليثيوم

تُستخدم بطايات الليثيوم لحفظ الطاقات الكهربائية في الأجهزة الإلكترونية بكفاءة عالية، وتعتمد بشكل كبير على معدن الليثيوم خفيف الوزن، وتتميز عن غيرها من البطاريات العادية بقابلية إعادة شحنها مئات المرات دون خسارة فعاليتها وبتكلفة قليلة نسيبًا.

لبطاريات الليثيوم أنواع متعددة هي:

  • بطاريات الليثيوم غير القابلة للشحن: تعتمد في عملها على الليثيوم النقي، وجميعنا شاهدها في الساعة أو الحاسبة أو الحاسوب المكتبي بشكل دائري معدني،
  • بطايات الليثيوم أيون Li-ion: وهي قابلة للشحن وتستخدم مركبات الليثيوم، ويتم استخدامها على نطاق واسع في الهواتف الذكية والحواسيب والكاميرات بسبب عدد دورات الشحن الكبيرة التي تصل إلى أكثر من 500 دورة شحن بكفاءة تصل إلى 80%.
  • بطاريات الليثيوم بوليمر Li-Po: وتختلف عن سابقتها بأنها أكثر كفاءة، ولكن دورة حياتها أقل وتكلفتها أعلى.

تم تطوير بطاريات الليثيوم خلال الأعوام القليلة الماضية لتخزين كميات ضخمة جدًا من الطاقة بسرعة كبيرة وضمن حيز صغير، حيث يستغرق شحن الهواتف الذكية الحديثة أقل من ساعة، بينما يتم شحن نصف البطارية في أقل من نصف ساعة، وتمكن علماء أمريكيون من تطوير نوع جديد من بطاريات الليثيوم قادرة على تحريك سيارة مسافة 320 إلى 500 كيلومتر خلال عشر دقائق فقط.

تدريسه 

أعلنت جامعة تكساس، التي زاول غودناف التدريس في كلية “كوكريل” للهندسة التابعة لها، منذ عام 1986، أنه توفي، أول من أمس الأحد، وفقاً لوكالة الصحافة الفرنسية.

غودناف
غودناف

وقال رئيس الجامعة جاي هارتزل، في بيان، إن الفيزيائي المولود عام 1922 في ألمانيا، الذي نشأ وتلقى علومه في الولايات المتحدة “ترك إرثاً واسعاً كعالم، إذ أدت اكتشافاته إلى تحسين حياة مليارات البشر في مختلف أنحاء العالم”.

ولا يزال جون غودناف إلى اليوم الأكبر سناً بين الفائزين بجائزة نوبل في تاريخها، إذ نالها عندما كان في الـ97 مع عالمي الكيمياء البريطاني ستانلي ويتينغهام المولود عام 1941 والياباني أكيرا يوشينو المولود عام 1948.

 

 

1 أفكار بشأن “وفاة مخترع بطارية الليثيوم عن عمر ناهز 100 عام”

  1. تنبيه Pingback: وفاة المراسلة الحربية البريطانية آن ليزلي عن عمرا ناهز 82 عاما يُشعل منصات السوشيال ميديا

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

صحيفة العراقوكالة الاستقلال      |  العرب في اوروبا  |  IEGYPT  | سعر الدولار في بغداد