طوّر فريق صيني مادة ذكية قادرة على اكتشاف أي تسرب في بطاريات الليثيوم أيون قبل أن تصل إلى مرحلة الاشتعال أو الانفجار. يُعتبر هذا الابتكار خطوة واعدة نحو تعزيز سلامة بطاريات الليثيوم أيون في الكثير من الأجهزة ومنها السجائر الإلكترونية، مما قد يقلل من خطر انفجار البطارية أو اشتعالها المفاجئ.
مادة مبتكرة للكشف المبكر عن تسرب بطاريات الليثيوم
في وقت سابق من هذا العام، نشر فريق صيني من العلماء دراسة [1] في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces. هدفت الدراسة إلى تطوير مستشعر غاز قادر على اكتشاف تسربات الإلكتروليت في بطاريات الليثيوم أيون في مرحلة مبكرة جدًا.
باستخدام محاكاة حاسوبية، حدد الباحثون المادة الأفضل لاكتشاف بخار كربونات الإيثيلين (EC)، وهو أحد المكونات الرئيسية في إلكتروليت بطاريات الليثيوم أيون. بعد اختبار أكثر من 500 مادة، توصلوا إلى مادة أطلقوا عليها اسم COF-QA-4.
مادة COF-QA-4 عبارة عن مركب عضوي تساهمي (COF). لتبسيط الفكرة، يمكن تشبيه بنيته بخلية نحل على المستوى الذري، تتكون من شبكة هندسية منتظمة ذات مسام نانوية. صُممت هذه المسام لالتقاط جزيئات كربونات الإيثيلين بمجرد وجودها في البيئة المحيطة. عند التقاط الجزيئات، تتغير بنية المادة و تؤثر على قابلية التوصيل الكهربائية، ما يسمح للمستشعر بالتعرف المبكر على تسرب الإلكتروليت داخل البطارية، وتنبيه المستخدم قبل تفاقم الوضع.
هل نرى قريبًا هذا الابتكار في أجهزة السجائر الإلكترونية؟
رغم أن التقنية واعدة، إلا أننا لن نراها في الأسواق قريبًا، خاصة في أجهزة السجائر الإلكترونية صغيرة الحجم. تحتاج هذه المادة الجديدة إلى تصنيع على نطاق واسع، إضافة إلى تطوير نظام استشعار صغير الحجم يمكن دمجه في بطاريات مدمجة. من المرجح أن يبدأ استخدامها في البطاريات الأكبر حجمًا مثل تلك المستخدمة في السيارات الكهربائية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة.
مع ذلك، فإن إمكانيات دمج هذه المادة في الأجهزة المستقبلية مثيرة جدًا للاهتمام. تخيل وجود مستشعر أمان ذكي داخل هاتفك المحمول أو سيارتك أو حتى سيجارتك الإلكترونية، يقوم بتحذيرك قبل حدوث المشكلة. هذه التطورات قد ترفع معايير أمان البطاريات وتمنع حوادث عديدة مرتبطة بالحرائق والانفجارات.
في حال تم تكييف هذه التقنية لتناسب الأجهزة الصغيرة، مثل السجائر الإلكترونية، فإنها ستُشكل تحولًا مهمًا في مجال السلامة التقنية. لأن مشاكل بطاريات الليثيوم أيون تُعد من أبرز تحديات هذه الصناعة، خصوصًا مع تكرار حالات الانفجار أو السخونة الزائدة.
أرقام مقلقة حول حرائق البطاريات
تشير الإحصائيات الحديثة إلى أن حوادث بطاريات الليثيوم أيون لم تعد حالات فردية معزولة، بل ظاهرة متنامية تدعو للقلق. وفقًا لتقرير صادر عن لجنة سلامة المنتجات الاستهلاكية الأمريكية (CPSC)، تم تسجيل أكثر من 25,000 حادث متعلق ببطاريات الليثيوم بين عامي 2017 و2022، شملت حرائق وانفجارات وإصابات مباشرة للمستخدمين.
أما في المملكة المتحدة، فقد ارتفع عدد الحرائق الناتجة عن البطاريات إلى 1,200 حادث في عام 2023 وحده، وهو ما يمثل زيادة بنسبة 71% مقارنة بعام 2022. وتشمل هذه الحوادث مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية، بدءًا من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
هذا الارتفاع الملحوظ في عدد الحوادث يُسلّط الضوء على الحاجة الملحّة لتقنيات الكشف المبكر عن الأعطال داخل البطارية. فكلما أصبح بالإمكان رصد تسرب الإلكتروليت أو التغيرات في الضغط أو درجة الحرارة في وقت مبكر، زادت فرص تفادي الحوادث الخطيرة وإنقاذ الأرواح.
مستقبل أكثر أمانًا
يشير هذا الابتكار إلى خطوة مهمة نحو تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون التي تُستخدم في مجموعة واسعة من الأجهزة، بما في ذلك السجائر الإلكترونية. بفضل القدرة على الكشف المبكر عن التسربات، يمكن تقليل الحوادث المرتبطة باشتعال أو انفجار البطاريات، مما يوفر تجربة أكثر أمانًا للمستخدمين ويقلل من المخاطر المحتملة في الاستخدام اليومي.
مع تزايد الاعتماد على السجائر الإلكترونية كبديل أقل ضررًا للتدخين التقليدي، تصبح مسألة الأمان التكنولوجي أكثر أهمية من أي وقت مضى. تطورات كهذه تؤكد أن الابتكار في هذا المجال لا يقتصر فقط على تحسين الطعم أو الأداء، بل يشمل أيضًا رفع معايير السلامة. من خلال الاستثمار في تقنيات الوقاية والكشف المبكر، يمكن لصناعة السجائر الإلكترونية أن تعزز ثقة المستهلك وتدعم مستقبلًا أكثر استدامة وأمانًا.
المصادر :
1 Zhao, L., Yu, C., et al. (2025). Computational screening guiding the development of a covalent‑organic framework‑based gas sensor for early detection of lithium‑ion battery electrolyte leakage. ACS Applied Materials & Interfaces, 17, 10108–10117. https://doi.org/10.1021/acsami.4c19321
2 Micromobility Products-Related Deaths, Injuries, and Hazard Patterns: 2017–2022. لقراءة التقرير.
3 The Times. Firefighters raise alert over alarming rise in battery fires. المقال.
