في سابقةٍ من نوعها لوحدة تخزينٍ كهربائيةٍ تعمل على التوصيل المائيّ، تستطيع الشحن من الصفر إلى الشحن الكامل في عشرين ثانية مما يجعلها ملائمةً جدًا للأجهزة الإلكترونية المحمولة التي تحتاج إلى الشحن السريع من فترةٍ إلى أخرى.
الفكرة ليست جديدةً كليًّا, كانت هناك محاولاتٌ سابقةٌ جُربت في الأجهزة التي تعاني من انخفاضٍ بالطاقة وفترات عملٍ قصيرة.
سألنا عددًا من التقنيين في مجال تخزين الطاقة، هذه البطاريات يجب ألا تكون مدمجة, قوية, ذات عمرٍ طويلٍ، وسرعةٍ في الشحن فقط، بل يجب أن تكون صديقةً للبيئة أيضًا, وبالتأكيد لا تنفجر إذا جربت أن تعضها!!
لهذه الأسباب ولأسبابٍ أخرى, جذبت أجهزة التخزين المائي (أجهزةٌ تحتوي على قواعد توصيلٍ مائيةٍ أكثر مما تحوي على مواد سامة أو قابلة للاشتعال) الاهتمام كونها آمنة ويمكن الاعتماد عليها، ومع أن هذه البطاريات أقل ميلًا للاشتعال من بطاريات الليثيوم العصرية، وبالتأكيد أرخص تكلفةً، لكنَّ الطريقة التي يقدَّم فيها الحل لحمل الإلكترونات يُبرز مشكلةً حقيقية.
الخلايا التي تعمل بها البطارية تعمل على نقل الإلكترونات بين مادتين، الحل المائي يقلل من قيمة الجهد بين النقطتين أكثر من الحلول الأخرى، مسببًا تآكلًا أسرع للقطب الموجب ( المصعَد).
لذلك، وضع الباحثون في المعهد العالي للعلوم والتكنولوجيا في كوريا طريقةً جديدةً في عمل البطارية ليعدلوا بذلك طريقة بناء المكثفات المائية الهجينةaqueous hybrid – AHC) capacitor ).
المكثفات المائية الهجينة المستخدمة هنا هي أساسًا خليطٌ من البطاريات والمكثفات -مع أقطابٍ تخزن الطاقة بالطريقة الإلكتروكيميائية كشحناتٍ ساكنة- مضيفةً حلًا مائيًا من الأيونات فيما بينهم لتحسن جريان التيار.
باستخدام البوليميرات المصنوعة من الجرافين بدلًا من الموصلات المعدنية التقليدية على المصعد(القطب الكهربائي الموجب)، ووضع جزيئات انتشارٍ نانوية من أكسيد المعادن على المهبط(القطب الكهربائي السالب)؛ تمكن الباحثون من تجاوز القصر الذي كان يحدث في المكثفات المائية الهجينة السابقة.
شبكة ألياف الكربون الدقيقة الموجودة على المصعد ( القطب الكهربائي الموجب) أصبحت أكثر فعاليةً في نقل الإلكترونات في المحلول المائي، ما يتيح للبطاريات كثافةً بالشحن أكثر بمئة مرةٍ من الأجهزة الأخرى مع أنها تبقى مكتفيةً بمئة ألف شحنة.
في أفضل الأحوال, المصاعد الجديدة (الأقطاب الكهربائية الموجبة) تقترن مع الشوارد المائية، ما يعني أن الشحن كله ينطلق من الصفر حتى الشحن الكامل في عشرين ثانيةً فقط، بالنسبة للسلامة والاقتصادية فإن تكلفة هذه البطاريات لا تُذكر.
يقول العالم الكيميائي (يونغ كو كانغ – Jeung Ku Kang): »هذه التكنولوجيا الصديقة للبيئة يمكن إنتاجها بسهولة، وهي تطبيقيةٌ بشكلٍ كبير، خصوصًا بالنسبة لسعتها العالية واستقرارها الكبير, مقارنةً بالتقنيات الموجودة حاليًا, يمكن أن تساهم في تسويق المكثفات المائية«.
وإن مصدر الطاقة يجب ألا يكون قويًا، لأن سرعة الشحن ستقترن بعنايةٍ بالخلايا الضوئية أو أي مصدر طاقةٍ صغيرٍ آخر.
ستكون هناك فترةٌ معينةٌ قبل أن نرى هذه الأنواع تحل محل بطاريات الليثيوم، لكن الخلايا الرخيصة التي تتحمل شروطًا قاسيةً من غير أن تشتعل ستأخذ بلا شكٍ مكانًا مهمًا في المستقبل في التكنولوجيا المحمولة.
وقت الشحن القصير هو مجرد إضافة، ومع هذا فإننا موعودون ببطارياتٍ تشحن في وقتٍ لا يتعدى مهلة الانتظار في عدة سنواتٍ من الآن.
مادة الجرافين العجيبة تُبقي على آمالنا, مع اهتمام سامسونج في اكتشاف هذه المادة يمكن أن نرى هاتفًا ذكيًا يشحن بالكامل في اثني عشرة دقيقةً فقط.
هذه المكثفات ذات الموثوقية العالية يمكن أن توفر مقاربةً مختلفة, تمكننا أن نشحن في أقل من المدة التي تتطلب قول جملة: »لدي 1% من الشحن، سأعاود الاتصال بك فوراً! «
لا نعرف المكانة التي ستحتلها بطاريات الشحن السريع المائية ضمن هذا النوع من تقنيات التخزين، لكن بالنظر إلى الانتشار الكبير للأجهزة الرخيصة المتلهفة للطاقة، سنكون بحاجةٍ إلى هذه البطاريات.
- ترجمة: مازن سفّان
- تدقيق: تسنيم المنجّد
- تحرير: رؤى درخباني
