جيل جديد من البطاريات الصديقة للبيئة

نعتمد في وقتنا الحالي على بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) لتشغيل الأجهزة الكهربائية المختلفة؛ مثل الهاتف الذكي أو الكمبيوتر المحمول، فقد أصبحت بطاريات الليثيوم أيون العنصر الرئيسيّ لمعظم خلايا البطاريات، ولكن من أبرز عيوب هذه البطاريات هي قابلية الاشتعال عند شحنها أكثر من اللازم  أو في حال تعرُّضها مُطولًا لأشعة الشمس أو لدرجات حرارة عالية، إضافةً إلى مشاكل إعادة التدوير التي تؤثر سلبًا في البيئة. 

وفي سبيل حل تلك المشكلة والحدّ منها؛ طوَّر الباحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا - السويد، والمعهد الوطني للكيمياء – سلوفينيا نوعًا جديدًا من بطاريات الألومنيوم التي تحتوي على ضعف كثافة الطاقة في إصدارات الألومنيوم السابقة، ويُعتمد في تركيبها على عناصر متوافرة صناعيًّا وقابلة لإعادة التدوير؛ ممَّا قد يؤدي إلى انخفاض في تكاليف الإنتاج والآثار السلبية على البيئة؛

إذ يقول باتريك جوهانسون (Patrik Johansson) أستاذ في قسم الفيزياء في جامعة تشالمرز: "إنَّ تكلفة المواد والآثارَ البيئية التي نتوقعها عن طريق هذا النوع ستكون أقل بكثيرٍ مما نراه في بطاريات الألومنيوم المنتشِرة هذه الأيام، ويُمكن استخدامها على نطاقات واسعةٍ؛ مثل تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح".

في التصاميم السابقة لبطاريات الألومنيوم؛ استُخدِم الألومنيوم قطبًا سالبًا ( Anode أنود)  والجرافيت قطبًا موجبًا ( Cathode كاثود)، ولكن لا يُعدُّ الجرافيت مصدر طاقة جيِّد؛ ممَّا يخفض من جودة البطارية في ديمومتها.

ولكن في المفهوم الجديد الذي قدَّمه باتريك جوهانسون وجامعة تشالمرز؛ استُبدِلَ الجرافيت بكاثود عضوي ذي بنية نانومترية، مصنوع من جزيء أنثراكينون Anthraquinone، وتتمثل ميزة هذا الجزيء العضوي بأنَّه يُتيح بتخزين حاملات الشحنةِ الكهربائية الموجبة من الكهرل (الإلكتروليت electrolyte) بفعالية؛ مما يجعل كثافة الطاقة أعلى ما يمكن في البطارية؛ إذ يحتوي الإلكتروليت على أيونات حرة والتي تشكِّل بدورها وسطًا ناقلًا للكهرباء، (هنا يحتوي المحلول على الكلور، ولكن يعمل الباحثون على تطوير محلول آخر؛ إذ يرغبون في التخلُّص من الكلور).

حتى الآن، لا تتوافر بطاريات ألومنيوم في السوق التجارية، وحتى في عالم الأبحاث فهي جديدة نسبيًّا. والسؤال المطروح هو؛ هل بإمكان بطاريات الألومنيوم أن تحلَّ في النهاية مكان بطاريات الليثيوم؟!

يأمل الباحثون أن يتمكَّنوا من ذلك، ومن الممكن عدم الاستغناء كليًّا عن بطاريات الليثيوم بل قد يكونا مُكمّلين لبعضهما؛ مما يضمن عدم استخدام بطاريات الليثيوم إلا عند الضرورة القصوى. وحتى الآن، تُعدُّ بطاريات الألومنيوم بنصف كثافة طاقة بطاريات الليثيوم المماثلة لها، ولكن يهدف الباحثون على المدى الطويل تحقيق كثافة الطاقة نفسها؛ إذ لا يزال هناك عملٌ يتعلق بالإلكتروليت وتطوير آليات شحن أفضل، ومعظمنا يعلم بأنَّ الألومنيوم من حيث المبدأ هو ناقل شحنات أفضل بكثير من الليثيوم؛ لأنَّه متعدِّد التكافؤ، مما يعني أنَّ كلَّ أيون موجبٍ من الألومنيوم يمكنه التكافؤ مع عدة إلكترونات، إضافةً إلى ذلك؛ فإنَّ البطاريات ستكون أقل ضررًا على البيئة عمومًا.

شاركنا برأيك، هل تتوقع انتشار وازدياد الطلب على بطاريات الألومنيوم كبديل عن بطاريات الليثيوم؟

المصادر:

1- هنا

2- هنا