حرائق بطاريات الليثيوم أيون.. تقنية غير مسبوقة تتنبأ بحدوثها

توصّل باحثون إلى اكتشاف تقنية ذكاء اصطناعي قادرة على اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون؛ ما قد يُسدل الستار على إحدى العراقيل التي تَحِد من شيوع تلك التقنية المستعمَلة في تطبيقات عدة؛ أبرزها السيارات الكهربائية.

وتعتمد التقنية، التي طوّرها باحثون من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا إن آى إس تي (NIST) ومقره أميركا -أساسًا- على اكتشاف الصوت المميز لبطاريات الليثيوم أيون قبل دخولها مرحلة الهروب الحراري (thermal runaway) التي تنذر باحتمالية قرب اشتعال النيران بها.

ووفق متابعات منصة الطاقة المتخصصة (مقرها واشنطن) أثبتت التجارب العملية التي أجراها الباحثون على التقنية الجديدة القائمة على الذكاء الاصطناعي نجاحًا مبهرًا وصلت نسبته إلى 94%؛ ما يجعلها تقنيةً واعدةً تقضي على تلك الحوادث المهددة لحياة البشر أحيانًا.

بل من الممكن استحداث تطبيقات مستقبلية قائمة على التقنية، بما في ذلك إنذارات الحرائق المبكرة الشائعة في الأماكن المُستعمَلة لبطاريات الليثيوم أيون؛ ما قد يُسهِم في إنقاذ حياة الأشخاص في حالة ارتفاع درجة حرارة البطارية.

آلية التقنية

يستمع نظام الذكاء الاصطناعي الذي يرتكز عليه الباحثون في التقنية، إلى صوت "النقرة أو الهسهسة" الناتجة عن إطلاق الغاز مع اقتراب البطارية من مرحلة الهروب الحراري، وفق نتائج الدراسة المنشور على الموقع الرسمي للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

ويشير مصطلح الهروب الحراري إلى تفاعل كيميائي يحدث حينما تتعرض بطاريات الليثيوم أيون إلى التسخين الزائد، أو حتى عندما تتلف؛ ما يتسبب في اشتعال النار بها أو انفجارها.

وقد اختبر العلماء نظام الكشف عن حرائق بطاريات الليثيوم أيون بالتعاون مع باحثين من جامعة شيان للعلوم والتكنولوجيا (Xi’an University of Science and Technology) الصينية.

وخلال التجربة، حدد نظام الذكاء الاصطناعي صوت إخفاق البطارية بمعدل دقة وكفاءة وصل إلى 94%، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وتتيح تقنية اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون طريقةً جديدةً لتحديد البطاريات التي تتعرض للتسخين الزائد في الأماكن التي ربما لا تجدي فيها وسائل الكشف الأخرى، مثل أجهزة إنذار الدخان، نفعًا.

تعاون مثمر

تأتي التقنية الجديدة التي تساعد في اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون قبل وقوعها، نتاج تعاون مثمر بين المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والمختبر التابع لجامعة شيان.

وسجل الباحثون عيناتٍ صوتيةً من 38 واقعة انفجار بطاريات ليثيوم أيون لتجربة اللوغاريتم المستعمَل في تلك التقنية، والذي استعمل لاحقًا ما يزيد على ألف نوع صوت مميز لتحسين قدرته على التمييز بين صوت فشل البطاريات والضوضاء الأخرى.

وقال الباحث في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا واي تشيونغ: "قبل أن تبدأ حرائق بطاريات الليثيوم أيون، ينكسر صمام الأمان الموجود في البطارية، وهو ما ينشأ عنه صوت خفيف، وأعتقد أننا قادرون على استغلال هذا الصوت في منع تلك الحوادث قبل أن تبدأ".

واختبر تشيونغ تلك الفكرة عمليًا مع الباحث المشارك في الدراسة أنطوني بوتورتي، وسلط عملهما الضوء على حقيقة مفادها أن صوت "الطقطقة - الهسهسة" كان مميزًا جدًا بما يكفي لاكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون قبل اندلاعها.

تطبيق واقعي للتقنية

في التطبيقات الواقعية تتسم حرائق بطاريات الليثيوم أيون بخطورة خاصة بسبب الحرارة العالية والاشتعال السريع، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

ووفق هيئة الإطفاء في مدينة نيويورك سيتي بلغت أعداد الحرائق السكنية التي اندلعت في عام 2023 بسبب بطاريات الدراجات الكهربائية، 268 حادثة؛ ما أودى بحياة 18 شخصًا إلى جانب 150 مصابًا.

وغالبًا ما تفشل أجهزة إنذار الدخان التقليدية في اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون خلال وقت مبكر؛ إذ ينطلق من تلك البطاريات القليل من الدخان في المراحل الأولية من إخفاقها الوظيفي.

ويعتقد الباحثون أنه من الممكن تركيب تقنية الكشف القائمة على الذكاء الاصطناعي في الأماكن التي يشيع فيها استعمال بطاريات الليثيوم أيون مثل المنازل والمباني الإدارية والمستودعات.

ومن الممكن أن تتيح قدرة النظام على اكتشاف الصوت قبل دقيقتين من فشل البطارية، الفرصة لإخلاء المكان في حالات الطوارئ.

تطبيقات مستقبلية

قدّم الباحث في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا واي تشيونغ، نتائجه، وسلّط الضوء على إمكانات تطوير تلك التقنية مستقبليًا، وذلك خلال مشاركته في فعاليات ندوة آسيا وأوقيانوسيا الـ13 حول علوم الحرائق وتقنياتها.

ويخطط تشيونغ والباحث المشارك معه أنطوني بوتورتي لتوسيع نطاق اختباراتهما كي تشمل أنواعًا مختلفة من البطاريات وتجربة أنواع مختلفة من الميكروفونات.

ويتطلع الباحثان إلى الحصول على براءة اختراع لتقنية اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون بهدف جعلها قابلة للتطبيق تجاريًا في المستقبل.

ويأمل الباحثان كذلك في أن تضيف تلك التقنية القائمة على الصوت قدرًا مرضيًا من الأمان إلى البيئات التي يشيع فيها استعمال بطاريات الليثيوم أيون.

ويستهدف عملهما الحالي إعادة تعريف مفهوم الدقة والتكيف لنظام اكتشاف حرائق بطاريات الليثيوم أيون من أجل ضمان فاعليته في الأماكن المختلفة.

حرائق بطاريات الليثيوم أيون

تُنسَب حرائق بطاريات الليثيوم أيون أساسًا إلى الزيادة في درجة حرارة خلية واحدة فقط من البطارية بسبب التلف أو عيوب التصميم أو حتى استعمال شواحن متدنية؛ ما ينتُج عنه حصول التأثير التراكمي، أو ما يُطلِق عليه البعض الهروب الحراري، يؤدي إلى اشتعال حريق في غضون ثوانٍ معدودة، يمكن أن تصل درجة حرارته إلى 600 درجة مئوية.

وقد تؤدي ظاهرة التأثير التراكمي المؤدية إلى حرائق بطاريات الليثيوم أيون، إلى مخاطر عالية حال حصولها؛ بسبب ارتفاع درجة حرارة البطارية إلى الحد الذي يكون مقترنًا عادةً بانبعاث غازات سامة ودخان كثيف.

وربما ينتُج عن تلك الغازات حصول انفجار حال وجودها في محيط مساحة مغلقة، بل قد تؤدي الظاهرة المذكورة إلى حريق هائل يتعذر احتواؤه خلال وقت قصير.

وتزيد حرائق بطاريات الليثيوم أيون على مثيلاتها المستعمَلة في سيارات البنزين والديزل من حيث الشدة والخطورة في ظل إمكان استمرارها لساعات طويلة، فضلًا عن الخسائر ذات الصلة التي تكون فادحة في الغالب.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًأ..