تقوم شركة Molyon المنبثقة عن علوم المواد في جامعة كامبريدج بمهمة جعل بطاريات الجيل التالي تطير

تعد تكنولوجيا البطاريات أمرًا محوريًا حيث يميل العالم إلى الكهرباء من أجل إزالة الكربون في السباق ضد تغير المناخ. لكن الطلب المتزايد يولي المزيد من الاهتمام لحدود وعيوب الجيل الحالي من تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion). هذا هو المكان الذي تأمل شركة موليون التابعة لجامعة كامبريدج أن تدخل فيه: تعمل الشركة الناشئة في المملكة المتحدة على تطوير تكنولوجيا كبريت الليثيوم (Li-S) من الجيل التالي.

تحمل بطاريات Li-S وعدًا بأداء أفضل بكثير، وذلك بفضل كثافة الطاقة الأعلى مقارنة بخلايا Li-ion، بالإضافة إلى ميزة مرونة سلسلة التوريد الأفضل نظرًا لوفرة الكبريت. من الصعب الحصول على بعض المعادن المهمة لبطاريات الليثيوم أيون.

“البطاريات الحالية، مثل تلك الموجودة في هواتفنا، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة لدينا، وسياراتنا الكهربائية، ليست جيدة بما فيه الكفاية”، كما يقول الرئيس التنفيذي لشركة Molyon والمؤسس المشارك الدكتور إسماعيل سامي (في الصورة أعلاه، على اليسار، مع المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي للتكنولوجيا). دكتور زوانجنان لي). “إنها باهظة الثمن، وتحتوي على مواد نادرة مهمة مثل الكوبالت، كما أنها ليست جيدة بما يكفي من حيث الأداء.”

“أضطر إلى شحن هاتفي عدة مرات، أحيانًا، في اليوم الواحد. لا يزال هناك “قلق بشأن المدى” عندما يفكر الناس في شراء سيارة كهربائية. لذا، فإن بطاريات الليثيوم أيون تتفوق بالفعل على هذا “السقف الزجاجي” في الأداء. ونحن بحاجة إلى جيل قادم – تغيير كبير في الأداء – لتمكيننا من بذل المزيد من الجهد والوصول إلى تلك الرحلة نحو صافي الصفر.

كانت هناك إثارة منذ فترة طويلة بشأن إمكانات أداء بطاريات Li-S، والتي تم اختراعها بالفعل في الستينيات. ومع ذلك، تعثر التسويق التجاري لأن الكبريت يتفاعل داخل البطارية وينتهي به الأمر إلى تسريع تدهور الخلايا، مما يعني أن هذه البطاريات عالية الطاقة تاريخياً تحترق بسرعة. ولا أحد يريد بطارية مذهلة تدوم بضع دورات شحن فقط.

لكن موليون يعتقد الآن أنه وجد حلاً لتحقيق استقرار بطاريات Li-S على مدى “مئات الدورات” باستخدام مادة جديدة للكاثود، والتي يقول سامي إنها تعمل “بشكل جيد للغاية”. يحمل هذا التطوير وعدًا بإطلاق العنان للإمكانات التحويلية لـ Li-S على نطاق تجاري، على افتراض أن الفريق قادر على ترجمة اختراقاته المعملية إلى تكنولوجيا حقيقية.

تأسست الشركة الناشئة في فبراير من هذا العام، بعد حوالي 15 عامًا من البحث في قسم علوم المواد بجامعة كامبريدج. إنه هذا العمل، الذي أجرته مجموعة تشوالا التابعة لقسم علوم المواد (المسماة على اسم البروفيسور مانيش تشوالا)، على مادة تسمى ثاني كبريتيد الموليبدينوم المعدني (المعروف أيضًا باسم MoS₂) التي تخطط شركة Molyon لتسويقها تجاريًا خلال السنوات القادمة.

يتحدث سامي عن ميزة أخرى لهذه المادة، ويشير إلى MoS₂ “متوفرة بشكل طبيعي” – قائلين إنها “تحدث عالميًا، في الولايات المتحدة، في الصين، في أستراليا، وفي جميع أنحاء العالم” – مما يشير إلى أن البطاريات التي تستخدم هذه المادة لن تواجه الكثير من التحديات في سلسلة التوريد.

وزارة الخارجية₂ يحدث بشكل طبيعي كأشباه الموصلات، لذلك يوضح أن جزءًا أساسيًا من عملية الشركة الناشئة يتضمن تحويله إلى معدن لجعله موصلًا. ثم يستخدمون MoS الموصل₂ كمضاف إلى الكاثود (أي طرف البطارية الموجب) – مما ينتج عنه بطارية ليثيوم-كبريت مستقرة يمكن شحنها على مدار عدة دورات.

المحاولات الأخرى لتسويق بطاريات Li-S استخدمت عادةً الكربون كمادة مضافة، وفقًا لكل سامي. في حين أنه يجادل بأن موليون يفعل شيئًا جديدًا ومختلفًا “بشكل أساسي” مقارنة بالمحاولات السابقة (أو المنافسين الحاليين).

حصلت الشركة الناشئة على براءة اختراع لاستخدام MoS₂ في بطاريات Li-S، مما يمنحها إمكانية الدفاع عند الاقتراب أيضًا.

“ما نفعله حقًا بهذه المادة هو السماح للكبريت بالقيام بعمله، والتفاعل مع الليثيوم، وإطلاق تلك الطاقة وعدم ذوبانها في المنحل بالكهرباء. “لذلك فإن ثاني كبريتيد الموليبدينوم الذي وجدناه هو مادة مضافة تعمل بعد ذلك على حل المشكلة الرئيسية المتمثلة في ذوبان الكبريت في البطارية” ، كما أخبر TechCrunch.

ويضيف سامي: “ما أظهرناه هو أن الكربون ليس مادة مضافة جيدة جدًا”. “ليس لديه تلك الصفات الخاصة اللازمة لمنع الكبريت من الذوبان في المنحل بالكهرباء وصنع بطاريات طويلة الأمد. . . [W]لقد وجدنا بالفعل اختراقًا وتغييرًا كبيرًا على مستوى المواد لم يتم إثباته من قبل.

مضاعفة الطاقة

وفي النماذج الأولية لخلية Li-S التي لها حجم مماثل لبطارية موجودة في الهاتف المحمول، يقول إن الفريق كان قادرًا على إظهار ضعف طاقة بطاريات Li-ion. عندما رأى المؤسسون النتائج التي كانوا يحصلون عليها، قرروا على الفور إنشاء شركة و”المضي قدمًا فيها”، على حد تعبير سامي.

تعلن Molyon عن جولة أولية بقيمة 4.6 مليون دولار بقيادة مشتركة من قبل مستثمري التكنولوجيا العميقة الأوروبيين والمستثمرين في المراحل المبكرة IQ Capital وPlural للعمل على بناء منشأة إنتاج تجريبية يمكنها إنتاج نموذج أولي لبطاريات Li-S لعرضها في السوق وإبهار العملاء المحتملين.

يقول سامي: “سيسمح لنا هذا التمويل الأولي ببدء وبناء منشأتنا التجريبية في كامبريدج”. “ما نركز عليه مع رأس المال هذا هو توسيع نطاق هذه المادة، وتوسيع نطاق الكاثود – الذي هو في الواقع مصدرنا، وخلطتنا السرية، والاختراق الذي حققناه في بطارية الليثيوم والكبريت – لذا قم بتطوير عملياتنا لنكون قادرين على القيام بذلك ذلك في نفس الوقت.”

ويضيف: “نحن بحاجة إلى إظهار البطاريات الحقيقية وإظهار هذا الأداء”. “سوف نركز على المواد ونوسع نطاقها ونعرض أيضًا البطاريات الحقيقية العملية.”

لن ينجذب سامي إلى التنبؤ بالمدة التي قد يستغرقها الفريق للوصول إلى مرحلة إنتاج النموذج الأولي التجاري – قائلًا فقط إنهم يركزون على توصيل تقنية Li-S إلى السوق “في أسرع وقت ممكن”.

كما لم يتخذ Molyon قرارًا كاملاً بشأن الشكل الذي قد يتخذه نموذج أعماله، لكنه يقول إنهم يريدون تقديم “منصة تكنولوجية” للسوق – مما يشير إلى أنهم قد يكونون منفتحين لترخيص الابتكار في المستقبل.

سيكون أحد التركيزات المبكرة لتطبيقات النموذج الأولي لبطاريات Li-S هو الطائرات بدون طيار والروبوتات.

عند سؤاله عن سبب اختيارهم لحالات الاستخدام هذه، أكد سامي على أن خلايا Li-S خفيفة الوزن يمكن أن تتألق حقًا في حالات استخدام التنقل حيث يؤثر الوزن على الأداء. ويأملون أيضًا أن تكون التكنولوجيا مفيدة لتعزيز نطاق المركبات الكهربائية في المستقبل أيضًا.

“بطاريات الليثيوم والكبريت [are] “طاقة عالية بشكل لا يصدق لكل وزن، وهذا يجعلها مفيدة بشكل لا يصدق لعدد من التطبيقات – أي شيء يتحرك، أي شيء يطير،” يشير إلى أن وسائل النقل والتنقل و”الروبوتات المتنقلة” هي مجالات تطبيق مثيرة للاهتمام بشكل خاص.

ويضيف: “في مجال الطائرات بدون طيار، تعد القدرة على الطيران لفترة أطول ميزة واضحة”. “ولذلك فإننا نرى أن السوق من أوائل الشركات التي تتبنى بطاريات الليثيوم والكبريت بسبب التحسينات الهائلة في الأداء التي يمكننا إدخالها على الطائرات بدون طيار والسماح لها بعمل المزيد باستخدام بطارياتنا، بدلاً من البطاريات الحالية في السوق.”

وبالنظر إلى هذه الأنواع من حالات الاستخدام، تشير TechCrunch إلى أن صناعة الدفاع يمكن أن تكون عميلاً مستقبليًا لتقنية Molyon.

يجيب سامي بشيء من التردد: “من المحتمل أن يكون تطبيقًا مثيرًا للاهتمام أو عميلاً محتملاً”. “لكننا في بداية رحلتنا حقًا، فنحن نركز على الكاثود، ونركز على البطارية، ثم ننظر إلى التطبيقات والعملاء المحتملين في المستقبل.”

“أعتقد أن هذه البطاريات لديها القدرة على استخدامها في عدد من التطبيقات التي يكون فيها النطاق – حيث المسافة – مهمًا. ويضيف: “نحن ننظر إلى تلك التطبيقات وحالات الاستخدام المختلفة ونحدد أين يمكن لبطاريات الليثيوم والكبريت أن تحدث هذا الفرق”.

وتعليقًا على التمويل في البيانات الداعمة، قالت كارينا ناميه، الشريكة في شركة Plural: “يتمتع هذا الفريق الممتاز والمركّز بالملكية الفكرية والمعرفة التقنية العميقة والدافع والخبرة التجارية لجلب هذه التكنولوجيا الجديدة إلى السوق وبناء شركة بطاريات جديدة. والتي يمكن أن تتحدى الموردين القدامى.”

وأضاف ماكس باوتين، الشريك العام في IQ Capital: “لقد حققت شركة Molyon اكتشافًا رائدًا في علم المواد لإحداث تغيير كبير في كثافة طاقة البطارية وفتح سوق ضخمة. لقد تأثرنا كثيرًا بشغف فريق Molyon وخبرته، فضلاً عن مستوى النضج الذي أظهروا فيه بالفعل إمكانات التكنولوجيا الخاصة بهم. يسعدنا أن ندعم Molyon في هذه المرحلة المثيرة من مشروعهم أثناء توسعهم إلى منشأتهم التجريبية الأولى وما بعدها.