الهندسة والآليات > التكنولوجيا
بطاريةٌ ثوريّةٌ بمكوناتٍ بكتيريةٍ
يمتازُ التصميمُ الجديدُ للبطاريةِ التي تمَّ الإعلانُ عنها بأنّه قادرٌ في المستقبل (بحسب النتائج الأولية) على اختزالِ مجموعةٍ من البطارياتِ المربوطةِ مع بعضها البعض، بحيثُ يتمُّ إعادةُ تنضيدِها وتكديسِها على شكلِ حُزمةٍ من الورق، لتكونَ خطوةً في طريق الوصول إلى بطاريةٍ حيويّةٍ قابلةٍ لإعادةِ الشّحنِ تلقائياً.
أنجزَ الباحثونَ في الجامعة الأمريكية -التي أشرَفَتْ على الموضوع- تصميمَهم الأوّل واختبروه، وهو على شكلِ ورقةٍ مفردةٍ مبنيةٍ من البكتيريا، والتي تشكّلُ بطاريةً قابلةً للاستخدامِ لمرةٍ واحدةٍ في بعضِ أنواعِ الحساساتِ الطّبيةِ المزروعةِ في جسمِ الإنسانِ لإنجاز مهماتٍ تشخيصيةٍ معينة. وتُعتَبَر هذه التصاميمُ الإلكترونيةُ المبنيةُ على شكلِ قطعةٍ ورقيةٍ Papertronics جذّابةً في مجالِ تزويدِ الحساساتِ بالطاقة.
البِنْية المُنجَزة:
تمَّ تشكّيلُ المصعدِ على أحد وجوهِ الورقةِ، وهو عبارةٌ عن حافظةٍ ناقلةٍ كهربائياً مملوءةٍ بالماء والبكتيريا، في حين تمّ توضيعُ المهبطِ على الوجه الآخر للورقة، وهو شريطٌ من نتراتِ الفضةِ المُغَلَّف بعازلٍ شمعيّ، ويمكنُ أن يتمّ التشكيلُ بطبقاتٍ متعددة. ثم تبدأُ عمليةُ طيّ الورقةِ بحسب معايير فن الأوريغامي (وهو فن ياباني شهير في طيّ الورق)، ونتيجة تشكّيلِ الطيّ المُتّبَع نحصلُ على قيمٍ ومستوياتٍ متنوعةٍ للتيار،علماً أنّ تشكّيلَ الطبقاتِ المتعددةِ وأسلوبَ الطّيّ لا زال بحسب العلماء بحاجةٍ لتطويرِ مزيدٍ من الدراساتِ نتيجةَ المشاكلِ التي يسببها، والتي تؤدي لتخفيضِ الاستطاعة القابلة للاستجرار من المنظومة النهائية.
الاختباراتُ العمليّةُ وقيمُ التيارِ والاستطاعة:
تمّ تغييرُ قيمةِ تيارِ خرجِ واستطاعةِ هذه البطاريات بتغيير طريقة الطّيّ والتنضيد التي تمّ اتّباعُها، حيثُ استطاعَ العلماءُ الحصولَ على استطاعة 31.51 ميكرو واط عند تيار شدّتِه 125.53 ميكرو أمبير، وذلك بربطِ ثلاثِ تشكيلاتٍ تفرّعيّةٍ تحوي كل منها بطاريتين مربوطتين تسلسلياً، كما هو مبين في المخطط التوضيحي التالي، (يجب التنويه إلى أنّ ربطَ البطارياتِ عادةً ما يكون تسلسلياً لرفعِ قيمةِ جهد الخرج، فالربطُ التفرّعيّ يتطلبُ تطابقاً مثالياً قدرَ الإمكانِ في قيمةِ المقاوماتِ الداخليةِ للبطاريات كي لا تحدثَ حالات قصر للتيار).
شكل تخطيطي (1):
في حين تمكّنوا من الوصولِ إلى استطاعة 44.85 ميكرو واط عند تيار ذو شدة 105.89 ميكرو أمبير، وذلك بتطبيقِ تشكّيلٍ من ستةِ بطارياتٍ مربوطةٍ على التفرع، كما في المخطط التالي:
شكل تخطيطي (2):
رغم أنّ قيمَ الاستطاعة التي تمّ الوصولُ إليها تبدو صغيرةً جداً إذا ما تمّت مقارنتها طبعاً بالاستطاعة المطلوبة لتشغيلِ مصباحِ إنارةٍ استطاعتُه 40 واط، وبالتالي يمكنُ تَخَيُّل أنّ الحاجةَ لتنضيدِ وتجميعِ عدة ملايين من البطارياتِ الورقيةِ يبدو أمراً عبثياً!! ولكن بالنظرِ لتطبيقاتٍ تتعلقُ بالحساساتِ البيولوجية كتلك المُستخدمةِ في قياسِ نسبة الغلوكوز في الدم وغيرها من الحساسات والأجهزة الدقيقة.
التي يتمّ تطويُرها، إضافةً للمجساتِ المستخدمةِ لأغراضٍ عسكريةٍ في ساحاتِ المعارك، فإنّ هذه الأرقامَ للاستطاعة والتيار تبدو واعدةً للغاية.
بقي أن نذكرَ بأنّ هذا التصميمَ يُعتَبر الخطوةَ الأخيرة في مجال تطوير هذا الفريق لبطاريةٍ ورقيةٍ paper battery، فبعد أن تمّ تطويرُ النموذج الأوّليّ في عام 2015 والذي كان عبارة عن بطاريةٍ قابلةٍ للطيّ تشبه علبةَ الكبريت، قاموا مطلع العام الحالي بالكشف عن نموذجٍ آخر شبيه بنجمة النينجا.
المصادر: