قامت مجموعة من الباحثين في معهد ووستر بوليتكنيك (WPI) بتحسين بطاريات القلوية القائمة على الحديد من خلال إضافة السيليكات، مما يمنع تكوّن غاز الهيدروجين أثناء الشحن. هذه الابتكار يمكن أن يجعل هذه البطاريات أكثر كفاءة في تخزين الطاقة المتجددة، ويقدم بديلاً مستداما لبطاريات الليثيوم أيون.

التحديات في الطاقة المتجددة

يشهد العالم تحولا سريعا نحو الطاقة المتجددة، لكن لا تزال هناك تحديات قائمة، فطاقة الشمس غير متاحة في الليل، بينما تتقلب طاقة الرياح بشكل غير متوقع. ولتجاوز هذه الفجوات، هناك حاجة لتقنيات جديدة لتخزين الطاقة الزائدة من الشبكة عندما تكون الإنتاجية عالية وإطلاقها خلال فترات النقص.

تلعب بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن دورا حيويا في الحياة اليومية، حيث تغذي الأجهزة من الهواتف الذكية إلى المركبات الكهربائية. ومع ذلك، فإنها تعتمد على موارد محدودة مثل الليثيوم والنيكل والكوبالت، مما يثير المخاوف بشأن الاستدامة والتكلفة.

الأنود القلوي من السيليكات

تمت الإشارة إلى المقال في غلاف مجلة ChemSusChem ائتمان: WPI يقود شياوي تنغ، أستاذ هندسة الكيمياء في WPI، فريقا لاستكشاف تقنيات بطارية جديدة لتخزين الطاقة في الشبكة. تشير نتائج الفريق الأخيرة، التي نُشرت في المجلة العلمية الأوروبية ChemSusChem، إلى أن الحديد، عند معالجته بإضافة الإلكتروليت السيليكات، قد يُنتج أنودًا عالي الأداء للبطارية القلوية.

وفرة الحديد واستدامته

الحديد هو المعدن الثاني الأكثر وفرة في قشرة الأرض بعد الألمنيوم، وهو أكثر استدامة بكثير من النيكل والكوبالت. تعيد الولايات المتحدة وحدها تدوير أكثر من 40 مليون طن متري من الحديد والصلب من الخردة كل عام.

يلاحظ تنغ أن الحديد يُستخدم بالفعل كأنود للبطارية القلوية في بطاريات الحديد والنيكل القلوية - التي اخترعها توماس إديسون في أوائل القرن العشرين - ولكنه يعاني من انخفاض الكفاءة الطاقية وسعة التخزين بسبب تكوّن غاز الهيدروجين أثناء الشحن وأكسيد الحديد الخامل أثناء التفريغ.

دور السيليكات في بطاريات الحديد القلوية

يقول تنغ: "لا ترغب في تكوّن غاز الهيدروجين أثناء شحن البطارية، فهو يؤثر سلبا على كفاءة الطاقة في نظام البطارية بشكل كبير. بدون معالجة هذه التحديات التقنية، فإن بطاريات الحديد القلوية تصبح أقل جاذبية لنظم تخزين الطاقة الحديثة المرتبطة بالشبكات الكهربائية."

في قصة غلاف ظهرت في ChemSusChem بتاريخ 7 أكتوبر، أفاد الفريق بأن إضافة السيليكات إلى الإلكتروليتات سمحت لهم بشحن البطارية دون إنتاج الهيدروجين.

ماهي السيليكات ؟

السيليكات هي مركب كيميائي يتكون من السيليكون والأكسجين، وقد تم استخدامه منذ فترة طويلة كعامل بسيط ورخيص في الزجاج والإسمنت والعزل والمنظفات، كما قال ساتيا جاجاديسان، طالب دكتوراه في WPI والمؤلف الرئيسي للورقة. اكتشف الفريق أن السيليكات تتفاعل بقوة مع أقطاب البطارية وتSuppress إنتاج غاز الهيدروجين. قال تنغ إن هذه العملية الجديدة قد تحسن الكيميائيات القلوية الحديدية في بطاريات الحديد-الهواء والحديد-النيكل لتطبيقات تخزين الطاقة، مثل الشبكات الدقيقة أو المزارع الشمسية أو الريحية الفردية.