2024/08/26

باحثون يابانيون يتوصلون لتقنية ترفع كفاءة السيارات الكهربائية 4 مرات

توصَّل باحثون في جامعة ناغويا اليابانية إلى طريقة مبتكرة لرفع كفاءة نقل الحرارة داخل السيارات الكهربائية 4 مرات، وذلك لأول مرة في العالم.

ومن خلال أنبوب حراري حلقي (LHP) "هو الأقوى في العالم"، أصبح بالإمكان نقل ما يصل إلى 10 كيلوواط من الحرارة لمسافة 2.5 أمتار دون الحاجة إلى الكهرباء، وفقا لما نشرته منصة الطاقة المتخصصة.

ومن خلال الابتكار الجديد، يمكن الجمع بين مزايا إزالة الكربون وزيادة توفير الطاقة في مجالات مختلفة، من بينها استعادة الطاقة المُهدرة بالقطاع الصناعي واستعمالات الطاقة الشمسية الحرارية ونظام إدارة الحرارة داخل السيارات الكهربائية والتبريد في مراكز البيانات.

وتُستعمل الأنابيب الحرارية الحلقية في رحلات الفضاء المأهولة والسيارات الكهربائية والأقمار الاصطناعية الخاصة بالأرصاد الجوية والأجهزة الإلكترونية المنزلية.

وتشهد سوق الأنابيب الحرارية رواجًا واسع النطاق خلال السنوات الأخيرة، بسبب تزايد الطلب على الحلول ذات الكفاءة للتحكم بالحرارة، وخاصة مع انتشار الأجهزة الكهربائية التي تحتاج إلى التبريد.

ومن المتوقع أن تقفز القيمة السوقية للقطاع إلى 3.4 مليارات دولار في عام 2026، ارتفاعًا من 1.7 مليار فقط في عام 2020.

أنبوب الحرارة الحلقي هو جهاز يُستعمل لنقل الحرارة بشكل منفعل أو سلبي بين نقطتين، ويتألف من مبخّر ومكثّف وقنوات ناقلة بداخلها سائل تشغيل يُعرف أيضًا بالمائع العامل.

وفي داخل المبخّر، تُسحب مادة مسامية يُطلق عليها "فتيل" السائل إلى سطحِه (المبخّر) عبر الخاصية الشعرية، وعند انبعاث الحرارة يتبخر السائل وينتقل إلى المكثّف، وهناك يُطلق الحرارة، ثم يعود إلى صورته السائلة.

وعند تكرار تلك العملية، تنتقل الحرارة باستمرار دون الحاجة إلى مضخات تستعمل مصدر كهرباء خارجيًا.

وبالمقارنة بالنموذج السابق الذي طورته جامعة ناغويا أيضًا، يتميز التصميم المبتكر للأنبوب الحراري الجديد بصغر حجمه بنسبة 18% وزيادة 1.6 مرات في قدرات نقل الحرارة وزيادة أربع مرات في كفاءة نقل الحرارة.

ويأتي الإنجاز الجديد بفضل التغييرات الجديدة في بنية المبخّر وخاصة المادة المسامية التي جعلها الفريق أكثر طولًا وعرضًا ونحافة، مع الحفاظ على الجودة العالية لخصائص المادة المسامية.

كما طوّر الباحثون قدرات نقل الحرارة عبر تضييق قنوات تصريف البخار من المبخّر، وإضافة أخرى على الأطراف، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن بيان صحفي نشرته جامعة ناغويا عبر موقعها الإلكتروني.

يقول كبير الباحثين هوسي ناغاو، إن الأنبوب الحراري الحلقي الجديد فريد في شكل الفتيل المسامي وجودته وحجمه وكذلك الأداء العام للأنبوب.

وعادةً ما تقلّ الجودة عن إنتاج فتيل أكبر حجمًا، لكن العلماء حافظوا على الجودة العالية في الفتيل الجديد الأصغر حجمًا.

وفي أثناء إجراء الاختبارات، تفوّق الأنبوب الحراري الحلقي الجديد على سابقيه بكفاءة نقل الحرارة بأكثر من 4 مرات لمسافة 2.5 أمتار، بفضل الخاصية الشعرية لدى الفتيل المسامي.

يتنامى إدراك شركات السيارات الكهربائية بالبصمة الكربونية، ولذلك يتزايد الطلب على أنظمة التبريد الموفرة للطاقة.

ويمكن للأنابيب الحرارية الحلقية تحسين الكفاءة الكلّية عبر توفير طريقة للتبريد لا تحتاج إلى الكهرباء، ما يقلل استعمالها.

يوضح ذلك الباحث المشارك بالدراسة شاون سومرز نيل، بقوله، إن الحفاظ على درجة حرارة المحول الكهربائي في السيارات الكهربائية حاسم للحصول على أفضل أداء.

وبالمقارنة بطرق التبريد التقليدية للمحولات، يحافظ الأنبوب الحراري الحلقي على درجة الحرارة دون كهرباء، ما يؤدي إلى زيادة الكفاءة والقدرة على التعامل مع الأحمال الحرارية العالية.

ومن شأن ارتفاع درجات الحرارة أن يؤثّر في أداء البطارية وسلامتها وعمرها الافتراضي، ولذلك من المهم إبقاء درجات الحرارة ضمن الحدود المقررة من خلال التبريد والتحكم بالحرارة.

ورغم سعة التخزين العالية التي تتميز بها بطاريات الليثيوم أيون، فإنها حساسة للغاية للحرارة.

ولذلك، أوصى الخبير والأستاذ بجامعة لورانس الأميركية الدكتور علاء الشرقاوي بالحفاظ على درجة حرارة البطارية عن مستوى بين 15 و40 درجة مئوية، وهو ما من شأنه أن يطيل عمر بطاريات السيارات الكهربائية، مع ترشيد استهلاك الطاقة التي يمكن استعمالها في السير لأكبر مسافة ممكنة.

وترتفع درجة حرارة البطارية في أثناء الشحن أو القيادة أو إذا كانت متوقفة وسط درجة حرارة عالية، ولا توفر الطرق التقليدية للتبريد باستعمال صفائح الألومنيوم لنقل الحرارة من خلايا البطارية إلى لوحة التبريد، الكفاءة المطلوبة.

وفي المقابل، أشار الشرقاوي إلى أهمية الأنابيب الحرارية لزيادة فعالية التبريد ونقل حرارة أكبر بمئات المرات من تلك المنقولة بوساطة صفائح الألومنيوم.