لا تتوقفّ الابتكارات عن إبهارنا في مجال تكنولوجيا البطاريات. فمؤخرًا، كشف فريق من الباحثين الصينيين عن تصميمٍ ثوريّ لبطارية تعتمد على الماء، واعدةً بمزيدٍ من الأمان وكفاءةٍ أكبر في استخدام الطاقة.
### وعد بعصرٍ جديدٍ للطاقة
يُظهر التصميم الجديد للبطارية المائية إمكاناتٍ هائلةً لاستبدال بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، لا سيما في التطبيقات التي تُعدُّ فيها السلامة أولويةً قصوى. ويشير هذا التقدم، الذي نُشر في مجلة “Nature Energy” بتاريخ 23 أبريل، إلى عمرٍ افتراضيٍّ مُثيرٍ للإعجاب لأكثر من 1000 دورة شحن وتفريغ.
### كثافة الطاقة: نقطة التحوّل
تُعدُّ كثافة الطاقة، أو كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها بالنسبة إلى وزنها أو حجمها، معيارًا حاسمًا لتقييم أداء البطاريات. وتتميّز بطاريات الليثيوم أيون بأدائها العالي في هذا المجال، مما يجعلها لا غنى عنها في قطاعاتٍ مثل السيارات الكهربائية والأجهزة المحمولة. ومع ذلك، فإنَّ نقطة ضعفها تكمن في الإلكتروليت السائل، الذي يحتوي على مركباتٍ عضويةٍ يمكن أن تشتعل أو تنفجر في حالة ارتفاع درجة الحرارة.
### أمانٌ وأداءٌ مُحسّنان
من ناحيةٍ أخرى، تُوفّر البطاريات المائية مستوى أمانٍ أفضل بكثير بفضل تركيبتها الأقلّ تطايرًا. وعلى الرغم من أنّ كثافة طاقتها أقلّ بشكلٍ عامّ، إلا أنّ التعديلات الكيميائية الحديثة قد حسّنت هذا الجانب بشكلٍ ملحوظ. وقد قدّم الفريق الذي يقوده “شيان فنغ لي” من الأكاديمية الصينية للعلوم نهجًا جديدًا من خلال معالجة التركيب الكيميائيّ الداخليّ للإلكتروليت المائيّ لزيادة كثافة الطاقة والأداء العامّ في آنٍ واحد.
### كيمياءٌ مُبتكرة
تُعدُّ محاليل الإلكتروليت في الواقع خليطًا مُعقّدًا من المواد الكيميائية المُختلفة، يؤثّر كلٌّ منها على جانبٍ مُحدّدٍ من أداء البطارية. وتُسهّل الإضافات التي تُسمّى الوسطاء نقل الإلكترونات من خلال المُشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال. بالنسبة للبطاريات المائية، يُعدُّ اليود الوسيط الأكثر شيوعًا، حيثُ يمكنه نقل ما يصل إلى ستّة إلكترونات في الدورة الواحدة. ومع ذلك، فإنَّ إدخال البروميد في الإلكتروليت، وهو عنصر هالوجينيّ آخر، سمح بتسريع التفاعلات وتقليل النواتج الثانوية غير المرغوب فيها.
### تحسّنٌ ملحوظٌ في الأداء
من خلال التحليلات الكهروكيميائية والطيفية المُتقدّمة، أثبت الفريق أنّ أيونات البروميد تُشارك بنشاطٍ في تفاعلات الأكسدة والاختزال جنبًا إلى جنبٍ مع أيونات اليود، مشكّلةً وسيطًا أساسيًّا يُحسّن سُرعة وكفاءة نقل الإلكترونات. وقد أدّى هذا الابتكار الكيميائيّ إلى مضاعفة كثافة الطاقة تقريبًا مُقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون عند استخدامها مع أنودات الكادميوم، التي تُستخدم بشكلٍ متكرّرٍ في الأجهزة المحمولة عالية الطاقة.
### آفاق تطبيقٍ واسعة
أظهرت أنظمة الفاناديوم، التي تُستخدم غالبًا في محطات الطاقة ولتخزين الطاقة المُتعلّقة بمصادر الطاقة المُتجدّدة، متانةً مُذهلةً مع أكثر من 1000 دورة دون أيّ فقدانٍ في الأداء. إنَّ هذا العمر الافتراضيّ الاستثنائيّ، إلى جانب الكفاءة المُحسّنة لاستخدام الطاقة، يضع البطاريات المائية متعدّدة الهالوجينات كبديلٍ تنافسيّ لتقنيات الليثيوم أيون الحالية.
### نحو مُستقبلٍ أكثر أمانًا واستدامةً
يمكن أن يُمهّد هذا التقدّم الكبير الطريق لاعتمادٍ أوسع للبطاريات المائية، مُقدّمًا بديلاً أكثر أمانًا ومراعاةً للبيئة للأنظمة الحالية، مع آثارٍ كبيرةٍ على مُستقبل الطاقة المُتحرّكة والمُخزّنة.