المصدر: موقع الطاقة
في سياق المنافسة لتقديم حلول جديدة لتخزين الكهرباء وتطوير سلسلة الإمداد، يقول الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في الولايات المتحدة الأميركية، إنهم ابتكروا مادة جديدة تمهد الطريق إلى شحن البطاريات بصورة أسرع.
وتنبع زيادة الطلب على أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية المتطورة -أي البطاريات- من طيف واسع من التكنولوجيا، حسب تقرير اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
ويتضمن ذلك السيارات الكهربائية وأنظمة الكهرباء الاحتياطية البلدية، التي تتطلب تغذية كهربائية متواصلة في أثناء الانقطاعات المؤقتة، والعديد من التطبيقات الأخرى في قطاعات الزراعة والطب الحيوي والدفاع.
وستُسهم البطاريات الأكثر كفاءة في زيادة الطلب على مستقبل أكثر خضرة واستدامة، وفقًا لما نشره موقع تِكْ إكسبلور (Tech Xplore)، المعني بتغطية أحدث التطورات الهندسية والإلكترونية والتكنولوجيا.
تحديات تقنية شحن البطاريات
تعاني تقنية البطاريات الحديثة بعض التحديات، الأول هو طول المدة الزمنية اللازمة لإعادة شحن البطاريات بالكهرباء.
ويتمثّل التحدي الآخر -حسبما أشار تقرير لباحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مجلة جول (Joule) الأميركية- في تصميم بطاريات تجمع بين سعة شحن عالية و”دورة حياة طويلة للمكثفات”.
ويرى الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أن خلايا أيونات الليثيوم (إل آي سي) هي أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية الرائدة المستعملة اليوم، إذ تتميز بسعة شحن عالية، ولكنها تتراجع عندما يتعلق الأمر بأوقات إعادة الشحن، وفق ما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
واقتُرحت تصميمات بديلة تضم مواد عضوية وفيرة وغير مكلفة. وتبيّن أنها تعاني ضعف الناقِلية الكهربائية، وأثبتت الطرق الأخرى -التي استعملت تصميمات معيارية جمعت بين خلايا أيونات الليثيوم والمكثفات داخل أجهزة معينة- أنها معقدة للغاية ومكلفة.
وقال أحد مؤلفي التقرير، الذي نشرته مجلة جول، طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تيانيانغ تشين: “إن هذه المشكلات تخلق حافزًا قويًا لتطوير مواد قطب كهربائي تجمع بين سعة الشحن العالية لخلايا أيونات الليثيوم والشحن السريع وعمر الدوران الطويل للمكثفات”.
مواد عضوية تدعم التجربة
توصّل تشين وفريقه إلى مجموعة من المواد العضوية التي يمكن استعمالها في الأقطاب السالبة “كاثودات” البطارية، إذ يُخزن الليثيوم في بطاريات فارغة الشحن.
ويأتي ذلك في حين فشلت محاولات الآخرين لاستعمال المواد العضوية، لأنها تذوب في الأوساط الناقلة “الإلكتروليتات” في البطارية.
وأضاف تشين: “على الرغم من أن إستراتيجيات مثل البلمرة وتزويد الجزيئات العضوية بمزائج غير قابلة للذوبان يمكن أن تحد من انحلال الأقطاب الكهربائي، فإن تصميم المواد العضوية التي هي نفسها غير قابلة للذوبان، ولكنها ما تزال تسمح بنقل الشحنات وتخزينها بسرعة؛ أمر صعب”.
وأوضح تشين إن المواد التي أُنشئت في مختبرات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ما تزال مستقرة، وفقًا لما نشره موقع تِكْ إكسبلور (Tech Xplore)، المعني بتغطية أحدث التطورات الهندسية والإلكترونية والتكنولوجيا.
وأردف قائلًا: “لقد أبلغنا عن ثنائي رباعي أمينوبنزوكينون ونظيره البوليمريبولي (ثنائي رباعي أمينوبنزوكينون) بصفته مواد عضوية ذات سعة زائفة” لأجهزة تخزين الكهرباء”، مشيرًا إلى أنها “تقدم سعة تخزين عالية لشحن البطاريات بمعدلات شحن وتفريغ عالية”.
تُجدر الإشارة إلى أن المواد العضوية قادرة على تخزين 310 ميلي أمبير/ساعة من الشحن، وهو ما يقرب من ضعف سعة الناتج الحالي للأقطاب السالبة في بطاريات أيونات الليثيوم. ويُعدّ وقت شحن البطاريات بهذه المواد سريعًا ويبلغ 33 ثانية.
وقال تشين: إن الاعتماد على المغنيسيوم الوفير أو أيونات الصوديوم، بدلًا من الليثيوم المتاح بصورة أقل سهولة، سيؤدي إلى نتائج مثالية بتكلفة أقل.
