بطارية تتنفس الهواء وتنتج الطاقة المتجددة

من أجل البقاء قيد الحياة على كوكبنا نحن بحاجة إلى نظافة الطاقة المتجددة. ومع ذلك، نحن بحاجة إلى أن تكون الطاقة موثوقةً أيضًا، حتى عندما تحجب الغيوم الشمس أو أَعلام الرياح.

على الرغم من أننا نعمل بالفعل على مواجهة هذا التباين الطبيعي بالتنوع – مصادر الطاقة لتشغيل الشبكة الكهربائية من مجموعة مصادر، بما في ذلك طاقة الكتلة الحيوية، المائية، الشمسية، الأمواج والرياح، للتحرر من الحاجة للعودة إلى مصادر احتياطي الفحم والغاز- نحن نحتاج أنظمة تخزين طاقة واسعة النطاق.

وقام فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير نوع جديد من بطارية “تنفس-الهواء” التي يمكن أن تجعل هذا يحدث عاجلًا.

تخزن البطارية الطاقة لأشهر بنحو خُمس سعر التقنيات الحالية. لكن ما يميزها هو أن البطارية تستنشق الهواء من الخارج أثناء التفريغ، ويعاد شحن البطارية لأنها تبعث الأكسجين.

وفقًا لما ذكره الباحث المشارك في الدراسة، المهندس يت-مينغ تشيانغ (Yet-Ming Chiang)، لموقع أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT News) : “هذه البطارية تستنشق وتزفر الهواء حرفيًا، لكنها لا تفرز ثاني أوكسيد الكربون، مثل البشر، إنها تفرز الأوكسجين” وأضاف أيضًا: “ما تفعله هو خلق توازن شحن عن طريق أخذ الأوكسجين داخل وخارج المنظومة”.

الصورة لحساب المصورة العلمية فيليس فرانكل (Felice Frankel( من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

محلول الكاثوليت – Catholyte
Anolyte – محلول الأنوليت
Charging – شحن
OER – انبعاث أوكسجين
Discharging – تفريغ
Load – حمل
ORR – إستنشاق أوكسجين

صمم الفريق بطارية قابلة لإعادة الشحن، مما يعني أن الكاثود والأنود في الواقع سوائل. الكاثوليت والأنوليت، ثم تُبادل الأيونات لتخزين وإطلاق الطاقة. الأنوليت هو محلول من المياه والكبريت، والكاثوليت هو محلول الملح السائل المؤكسد.

هذا المحلول الأخير هو ما يسمح للبطارية إلى “زفير” الأوكسجين. في الواقع، “التنفس” هو ما يسمح للبطارية أن تعمل. تستنشق وتخلق أيونات هيدروكسيد مشحونة سلبًا في الكاثوليت، ثم تعيد شحن، وخلق أيونات الهيدروجين كما أنها تبعث الأوكسجين، وتعود الإلكترونات إلى الأنوليت.

وقال تشيانغ لموقع أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT News) : “ذهبنا بحثًا عن القطب الموجب الذي سيكون أيضًا ذو تكلفة منخفضة للغاية والذي يمكن أن نستخدمه مع الكبريت كقطب سالب”.

وأضاف أيضًا : “من خلال إكتشاف المختبر العرضي، تبين لنا أنه يمكن أن يكون في الواقع الأوكسجين، وبالتالي الهواء. نحن بحاجة لإضافة عنصرٍ آخر، والذي كان ينقل الشحنة للتحرك ذهابًا وإيابًا بين الكبريت والقطب الكهربائي الهوائي، والذي اتضح أنه عنصر الصوديوم”.

صناعة متجددات موثوق بها :

بطاريات ليثيوم الهواء، والتي لديها نفس كثافة الطاقة، تعمل بنفس الطريقة – ولكن الكبريت والملح والماء أرخص بكثير. وكان تخفيض التكاليف أساسيًا لتطوير أنظمة تخزين الطاقة والتي يمكن توسيع نطاقها للاستخدام مع الشبكة الكهربائية.

ويقدر الفريق أن نسخة محسنة من بطارية التنفس هذه ستتراوح بين 20$ و 30$ (دولارًا أمريكي) لكل كيلوواط ساعة (kWh) مخزنة للتشغيل. وبالمقارنة، فإن أنظمة التخزين الأخرى المتاحة حاليًا تكلف حوالي 100 دولار لكل كيلوواط ساعة.

النموذج الأولي على هذه الحالة هو بحجم فنجان القهوة تقريبًا. ومع ذلك، فإن الباحثين واثقون من أن التصميم قابل للتطوير.

ويخطط الفريق لتحسين البطارية في وقتٍ مقبل، مما يجعلها أقل تكلفة وأكثر كفاءة، وتمديد حياتها العملية إلى ما بعد ال 1500 ساعة التي تفتخر بها حاليًا.