ابتكار بطارية خالية من المعادن وتعتمد على الماء
علوم و تكنولوجيا
ابتكار بطارية خالية من المعادن وتعتمد على الماء
24 أيار 2023 , 07:17 ص

تُستخدم بطاريات أيون الليثيوم على نطاق واسع في الأجهزة وفي السيارات الكهربائية في جميع أنحاء العالم، لذلك تسعى الدول لتقليل انبعاثات الكربون الصادرة عن هذه البطارية

تدعم وزارة الطاقة الأمريكية ومؤسسة العلوم الوطنية العديد من المجموعات البحثية من بينهم الباحثون في جامعة تكساس إيه آند إم للبحث عن بدائل لبطارية أيون الليثيوم.

بطارية خالية من المعادن وتعتمد على الماء

حيث تمكن باحثون من جامعة تكساس إيه آند إم-A&M في الولايات المتحدة من اختراع أقطاب كهربائية جديدة للبطاريات خالية من المعادن، ويمكن استخدامها مستقبلا لمجموعة من التطبيقات بدل بطارية أيون الليثيوم المستخدمة اليوم.

يبحث كل من جودي لوتكينهاوس ودانييل تابور وهما أستاذ وأستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية في الجامعة عن بطارية تعتمد على المياه منذ عدة سنوات، وبحسب الباحثين فإن البطارية ستتكون من كاثود (مهبط) وأنود (مصعد) وإلكتروليت (كهرل) مثل البطارية العادية. 

ميزات البطارية المائية المبتكرة

تختلف بطارية الماء هذه عن غيرها من البطاريات بأن الأقطاب الكهربائية مصنوعة من البوليمرات بدلاً من المعادن، والإلكتروليت المستخدم هو ماء ممزوج بالأملاح العضوية، ما يعني عدم إمكانية اشتعال مكونات البطارية، ويصبح الإلكتروليت المائي هذا الأساس في توصيل الأيونات وتخزين الطاقة، ولدى تفاعل الإلكتروليت مع الأقطاب الكهربائية قد تتضخم الأقطاب ما يؤدي إلى ضعف الأداء.

أقطاب البطاريات المائية

وجد الباحثون أن البوليمرات غير الناقلة للجذور والنشطة في الأكسدة والاختزال مواد مثالية لصنع الأقطاب الكهربائية، لأنها تملك جهد تفريغ عالٍ وبحسب المادة المستخدمة قد ترتفع سعة تخزين الطاقة إلى 1000%.

آلية عمل البطارية المائية

يقول الباحثون في الورقة المنشورة في مجلة المواد الطبيعية: «أوضحنا طبيعة تفاعلات الأكسدة والاختزال بفحص الشوارد المائية التي يتنوع تأثيرها في البنية المائية (تشاوتروبيك مقابل كوزموتروبيك)، وذلك باستخدام توازن بلورة الكوارتز الكهروكيميائية مع مراقبة التبدُّد خلال فترات زمنية».

ولكن تصعب معالجة التفاعل بين البوليمرات والإلكتروليت نظرًا لوجود العديد من عمليات النقل المتزامنة للإلكترونات والأيونات وجزيئات الماء.

بحسب بيان صحفي فإن المجموعة البحثية اعتمدت على المحاكاة والتحليل الحسابي لنتائجها وحصلت على رؤى حول الهياكل والديناميكيات على نطاق جزيئي مجهري.

وبفضل بعض التجارب التي أجراها الباحثون والملاحظات على مقياس واقعي، تمكنوا من تحديد جودة عمل الكاثود في بطارية الماء مع بعض الأملاح في الإلكتروليت، وذلك بقياس تركيزات الملح والماء. ويخطط الباحثون لإجراء المزيد من عمليات المحاكاة في المستقبل لتكوين فهم أفضل لآلية عمل البطارية وتصميم المواد بما يتوافق مع ذلك.

المصدر: موقع إضاءات الإخباري