باحثون يبتكرون طريقة جديدة لتصنيع بطاريات طويلة العمر باستخدام أيونات الأكسجين والسيراميك
تمكن فريق من الباحثين في جامعة "فيينا" للتكنولوجيا بتطوير بطارية جديدة تعمل بالأكسجين تسمى بطارية “أيون الأكسجين” (Oxygen-ion)، لتكون بديلاً لبطاريات “الليثيوم أيون” التي تستخدم حالياً على نطاق واسع.
ووفقًا للبيان الصحفي الذي صدر عن الجامعة في 21 مارس/آذار الجاري، فإن البطارية الجديدة مصنوعة من المواد الخزفية (Ceramic materials) وغير قابلة للاحتراق، وتتميز بعمر افتراضي طويل بشكل ملحوظ مقارنة بالبطاريات التقليدية التي تعتمد على التكنولوجيا الحالية.
بالإضافة إلى ذلك، تعتبر بطارية “أيون الأكسجين” الحل المناسب لتخزين الطاقة المتجددة بشكل فعال وكفء، وذلك لكبر حجمها وعدم صلاحيتها للاستخدام في الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة، كما أنها ليست مناسبة للاستخدام في السيارات.
تعد بطارية “أيون الأكسجين” حلاً مبتكراً وموثوقاً لتخزين الطاقة المتجددة، وتتميز بقدرتها على التحمل والاحتفاظ بالطاقة بشكل طويل الأمد.
وتشير التوقعات إلى أن الاهتمام بالتخزين المستدام للطاقة سيزداد في المستقبل، مما يجعل بطارية “أيون الأكسجين” خياراً واعداً وفعالاً في هذا الصدد.
أكثر أماناً وصديقة للبيئة
وفقاً للبيان الصحفي، تُستخدَم بطاريات الليثيوم أيون في تشغيل مجموعة واسعة من الأدوات والمعدات، بدءاً من السيارات الكهربائية إلى الهواتف الذكية.
ومع ذلك، توجد بعض العيوب في هذه البطاريات، من بينها إمكانية الاشتعال وتصنيعها من مواد ثمينة يتم استخراجها باستخدام وسائل ضارة بالبيئة، بالإضافة إلى أنها تتحلل بمرور الوقت وتقل قدرتها على تخزين الطاقة تدريجياً.
ويشير البيان إلى أن هذه الجوانب السلبية قد فتحت المجال للابتكار في مجال تخزين الطاقة، وأحد تلك الابتكارات هو تطوير بطارية أيون الأكسجين التي تعتمد على المواد الخزفية الصديقة للبيئة، والتي يمكن أن تساعد على حل بعض هذه العيوب.
ألكسندر شميد، الخبير في معهد التقنيات الكيميائية والتحليلات في جامعة فيينا للتكنولوجيا، أنه لديهم خبرة كبيرة في مجال المواد الخزفية التي يمكن استخدامها لخلايا الوقود، وهو ما يجعلهم يفكرون في الإمكانيات التي تتيحها هذه المواد لصناعة البطاريات، وذلك لأنها غير قابلة للاشتعال، مما يجعل حوادث الحرائق التي تحدث مع بطاريات الليثيوم أيون شبه مستبعدة عمليًا.
عمر أطول
وفقاً للدراسة المنشورة في دورية “أدفانسيد إنيرجي ماتيريالز” (Advanced Energy Materials)، فإن المبدأ الأساسي لعمل بطاريات أيونات الأكسجين مشابه جداً لبطارية الليثيوم أيون، إلا أن العمر الافتراضي غير متشابه لكلا النوعين من البطاريات.
ويوضح شميد قائلاً: إن “البطاريات الجديدة تعتمد في إنتاج الطاقة على امتصاص وتحرير أيونات الأكسجين سالبة الشحنة المزدوجة، إذ إنه عندما يتم تطبيق جهد كهربائي تنتقل أيونات الأكسجين من مادة خزفية إلى أخرى، وبعد ذلك يمكن جعلها تهاجر مرة أخرى (تقفز ذهابا وإيابا بين سطحين)، وبالتالي تولد تيارا كهربائيا على الأسطح المصنوعة من السيراميك”.
وتعد ميزة طول عمر بطاريات أيونات الأكسجين الميزة الأكثر أهمية لتقنية البطاريات الجديدة.
وفي هذا الصدد، يقول شميد: “في عديد من بطاريات الليثيوم، هناك مشكلة تتمثل في عدم قدرة حاملات الشحن في وقت ما على الحركة، ومن ثم لم يعد من الممكن استخدامها لتوليد الكهرباء، حيث تقل سعة البطارية بعد عدة دورات شحن، لكن بطارية أيون الأكسجين يمكن تجديدها بدون أي مشاكل، فإذا فُقد الأكسجين بسبب التفاعلات الجانبية، فيمكن ببساطة تعويض الفقد عن طريق الأكسجين من الهواء المحيط”.
وفي هذا الصدد، يقول شميد: “في عديد من بطاريات الليثيوم، هناك مشكلة تتمثل في عدم قدرة حاملات الشحن في وقت ما على الحركة، ومن ثم لم يعد من الممكن استخدامها لتوليد الكهرباء، حيث تقل سعة البطارية بعد عدة دورات شحن، لكن بطارية أيون الأكسجين يمكن تجديدها بدون أي مشاكل، فإذا فُقد الأكسجين بسبب التفاعلات الجانبية، فيمكن ببساطة تعويض الفقد عن طريق الأكسجين من الهواء المحيط”.
البيان الصحفي إن البطاريات الجديدة غير مخصصة للهواتف الذكية أو السيارات الكهربائية، لأنها تحتوي فقط على نحو ثلث كثافة الطاقة التي يستخدمها المرء من بطاريات الليثيوم أيون، ولأنها تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 200 و400 درجة مئوية، لهذا فإن البطارية الجديدة مناسبة للاستخدام في تخزين الطاقة المتجددة.
وفي هذا الشأن، يقول شميد: “إذا كنت بحاجة إلى وحدات التخزين الكبيرة التي تحتفظ مؤقتاً بالطاقة من الشمس أو الرياح، على سبيل المثال، يمكن أن تكون بطارية أيون الأكسجين حلاً ممتازاً”.
المصدر: الجزيرة نت – مواقع إلكترونية
