هكذا تعمل التقنية الجديدة التي قد تُحدث تحولاً في السيارات الكهربائية

التقنية التي قد تُحدث تحولاً في السيارات الكهربائية تُختبر بالفعل من خلال التعاون بين Lamborghini ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

تجمع أطر المعادن العضوية (MOF) الخاصة بـ Lamborghini و MIT بين مساحة سطح متزايدة مع القدرة على توصيل الكهرباء، مما يحسّن مدى القيادة للسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية.

إن التعاون بين Lamborghini ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) لتطوير تقنية مكثف فائق جديدة كلياً لمنظومات الدفع الهجينة لسياراتها الخارقة قد يقود إلى قفزة كبيرة في تخزين الطاقة للمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV). وإذا واصلت هذه التقنية تطورها كما هو متوقع، فقد تصبح بديلاً لتقنية البطاريات وتقلل بشكل كبير من أوقات شحن السيارات الكهربائية.

المكثفات التقليدية شائعة في الإلكترونيات ولها استخدامات متعددة. ومن وظائفها أنها تعمل كنوع من الخزان الكهربائي الذي يستطيع استقبال شحنة كبيرة بسرعة كبيرة ثم تفريغها بالسرعة نفسها. ومن الاستخدامات المعتادة تخزين الطاقة لكي تستخدمها مضخمات الصوت أو لتنعيم إمدادات الكهرباء. ومن التطبيقات الشائعة الوميض في الكاميرا.

ما الذي تتكون منه التقنية التي قد تُحدث تحولاً في السيارات الكهربائية؟

تطلق شحنات المكثف طاقتها دفعة واحدة لإطلاق الوميض، لكن كل ذلك ينتهي في لحظة. ولهذا السبب فإن المكثفات الفائقة اليوم مفيدة في تخميد القدرة في المركبات الكهربائية ذات خلايا الوقود (FCEV) والهجينة، لكنها غير كافية لتوفير مدى القيادة اللازم في السيارات الكهربائية.

على عكس البطارية، فإن المكثف جهاز ميكانيكي بحت ولا يحدث داخله أي تفاعل كيميائي. ولهذا يمكن شحنه وتفريغه بهذه السرعة. وقد كانت المكثفات الفائقة على رادار مصنّعي المركبات FCEV والهجينة منذ عقدين تقريباً، وهي ببساطة أقوى بكثير من نظيراتها الأصغر حجماً لكنها ذات بنية داخلية من نوع مختلف.

أدرك مطورو خلايا الوقود منذ البداية قيمتها في توفير دفعات قصيرة من القدرة للتسارع، لأن خلايا الوقود لا تتعامل مع هذا النوع من الاحتياجات بكفاءة. فقد كانت المكثفات الفائقة (ما يشبهها) في FCX-V4 من Honda، أول مركبة FCEV معتمدة للبيع العام في الولايات المتحدة عام 2002، قادرة على توفير 30 كيلوواط من الطاقة الكهربائية، ولكن لمدة 10 إلى 15 ثانية فقط.

بهذه القدرة لا يمكن للمكثفات الفائقة الحالية أن تحل محل البطارية، لكن ذلك قد يتغير في السنوات المقبلة، ويتعلق الأمر باختيار المواد المستخدمة في تصنيعها. فجميع المكثفات الفائقة الحالية تحتوي على أقطاب مغطاة بالكربون، لكن البروفيسور ميرشيا دينكا وفريقه في MIT ابتكروا فئة جديدة من المواد تُعرف بأطر المعادن العضوية (MOF) كبديل.

وهذه المواد مسامية كالإسفنج، وبنيتها المتاهية تمنح مساحة سطح أكبر بكثير لكتلة وحجم معينين مقارنة بالكربون المستخدم عادةً في المكثفات الفائقة. وكلما زادت مساحة السطح، زادت الطاقة التي يستطيع المكثف الفائق تخزينها.

هل لهذه التقنية التي قد تُحدث تحولاً في السيارات الكهربائية أي عيوب؟

العيب هو أن أطر MOF عادةً موصلات ضعيفة للكهرباء، وهذا عكس ما تحتاجه المكثفات الفائقة، لكن هنا تحديداً حقق باحثو MIT تقدماً كبيراً. فـ أطر MOF الجديدة لديهم موصلة للكهرباء، وهذا، بالاقتران مع مساحة السطح الكبيرة، يفتح الباب لزيادة كثافة الطاقة في المكثف الفائق. فحيث تكون المكثفات الفائقة كثيفة الطاقة بالفعل، قد تصبح أيضاً كثيفة الطاقة كالبطارية.

الجيل الحالي من أطر MOF لدى MIT ليس إلا نقطة انطلاق؛ ويُتوقع أن تزداد مساحة السطح زيادة كبيرة. وقد يؤدي ذلك إلى مكثف فائق بسعة تخزين قريبة من سعة البطارية، وأيضاً إلى الأداء الاستثنائي في القدرة للمكثف الفائق القابل للشحن بسرعة هائلة.

نظرة خاطفة

في عام 1983، طورت شركة Xtrac، وكانت آنذاك شركة ناشئة في مجال ناقلات الحركة لرياضة السيارات، نظام دفع رباعي هيدروليكياً فريداً لسيارة Ford Escort بقوة 560 حصاناً التي كان يقودها بطل سباق الرالي المختلط مارتن شانشه. وقد أعلنت الآن عن محور إلكتروني لاستخدامه في بطولة العالم لسباق الرالي المختلط 2021-2024. ويمكن استخدام المحور الإلكتروني ذي السرعة الواحدة مع محركات تصل قوتها إلى 335 حصاناً. وله تشحيم بالحوض نصف الجاف وتفاضل بانزلاق محدود من نوع الرامب، ويزن 21 كيلوغراماً فقط. وسيُستخدم اثنان لكل سيارة لتوفير الدفع الرباعي.