أعلن فريق من العلماء في معهد داليان للفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم عن ابتكار أول بطارية هيدريد أيونية قابلة لإعادة الشحن في العالم. وقد نشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature، مؤكدة أن هذا الإنجاز يمثل قفزة نوعية في مجال تخزين الطاقة الكهربائية باستخدام الهيدروجين كمُوصل أساسي للشحنات.

ما هي الأيونات الهيدريدية (H⁻)؟

تُعد الأيونات الهيدريدية (H⁻) محط اهتمام واسع في الأبحاث الحديثة نظراً لخصائصها الفريدة، حيث تمتاز بـ:

كتلة منخفضة للغاية

جهد اختزال عالٍ

إمكانات هائلة كحامل شحنة لتقنيات الطاقة المستقبلية

لكن التحدي الأكبر كان يتمثل في غياب إلكتروليت قادر على الجمع بين:

سرعة حركة الأيونات

الاستقرار الحراري

التوافق مع الأقطاب

تصميم إلكتروليت جديد ثوري

استطاع الفريق البحثي بقيادة البروفيسور بينغ تشين التغلب على هذه العقبة عبر ابتكار إلكتروليت جديد بتصميم core–shell مستوحى من مفهوم الوصلة غير المتجانسة (heterojunction).

يتكون هذا الإلكتروليت من 3CeH3@BaH2 حيث يقوم غلاف رقيق من BaH2 بتغليف CeH3، مستفيداً من:

موصلية أيونات هيدريد عالية في CeH3

استقرار حراري وكيميائي في BaH2

هذا الدمج أتاح نقل أيونات هيدريد بسرعة عالية في درجة حرارة الغرفة، مع الحفاظ على الاستقرار الطويل الأمد.

أول نموذج أولي لبطارية هيدريد أيونية

بفضل هذا الاختراق، تمكن العلماء من بناء نموذج أولي للبطارية الصلبة الهيدريدية يتكون من:

CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4

حيث استُخدم NaAlH4، وهو مادة تقليدية لتخزين الهيدروجين، كعنصر نشط في الكاثود.

نتائج الأداء:

سعة تفريغ أولية بلغت 984 mAh/g في درجة حرارة الغرفة

احتفاظ بـ 402 mAh/g بعد 20 دورة شحن وتفريغ

جهد تشغيل وصل إلى 1.9 فولت

وقد نجح النموذج في إضاءة مصباح LED أصفر، ما يؤكد إمكانياته للتطبيق العملي.

مستقبل الطاقة مع بطاريات الهيدريد

اعتماد الهيدروجين كحامل للشحنة ساعد في منع تكوين التشعبات (Dendrites)، وهو ما يجعل هذه التقنية أكثر أماناً وكفاءة من البطاريات التقليدية.

ويؤكد الباحثون أن إمكانية ضبط خصائص المواد الهيدريدية تمنح هذه البطاريات آفاقاً واسعة لتطوير أنظمة تخزين وتحويل الطاقة المستدامة، ما يمهد الطريق نحو مستقبل يعتمد على الطاقة النظيفة والآمنة.