توجد بطاريات الليثيوم- أيون القابلة لإعادة الشحن في كل مكان، إذ تعمل على تشغيل كل شيء ابتداءً بالهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وسماعات الأذن وانتهاءً بأجهزة الألعاب وكثير غيرها.
مع أن كيمياء هذه البطاريات -الحاصلة على جائزة نوبل- قد غيّرت تكنولوجيا شحن الأجهزة المحمولة جذريًا، فإنّ بطاريات الليثيوم- أيون بعيدة كل البعد عن الكمال.
يتراجع أداء بطاريات الليثيوم- أيون مع مرور الوقت، وقد تؤدي العيوب في خلايا البطارية أحيانًا إلى ارتفاع درجة حرارتها أو اشتعالها، وفي بعض الأحيان تضطر الشركات إلى سحب المنتجات التي يمكن أن تنفجر من الأسواق دون سابق إنذار .
قد يكون شحن بطاريات الليثيوم- أيون بطيئًا ويستغرق وقتًا طويلًا ، وذلك بتأكيد كل شخص يملك هاتفا ذكيًّا أو جهازًا لوحيًّا أو كمبيوتر محمول؛ ولدى العلماء بعض الأخبار الجيدة تجاه هذه المشكلة.
إذ طور الباحثون في روسيا نوعًا جديدًا من تكنولوجيا البطاريات القابلة للشحن بسرعة تعادل 10 مرات سرعة شحن بطاريات الليثيوم- أيون الموجودة حاليًّا حسب ما يقولون، وهي سرعة يمكن أن توفر مزايا ضخمةً لتوفير الوقت في حال استخدمت في الأجهزة اليومية.
يقول الباحث في الكيمياء الكهربائية أوليغ ليفين من جامعة سانت بطرسبرغ : تُشحَن البطارية المصنعة باستخدام البوليمر الخاص بنا أسرع من بطارية الليثيوم- أيون التقليدية بنحو 10 مرات، وقد أُثبت ذلك عن طريق مجموعة من التجارب.
الأساس في البطاريات الجديدة هو نوع من بوليمرات الأكسدة القائمة على النيتروكسيل؛ هي مادة يمكن أن تخضع للأكسدة العكسية -فقدان الإلكترونات- والإرجاع -كسب الإلكترونات- عند شحنها وتفريغها.
يُستخدم في هذه الحالة بوليمر الأكسدة المكون من النيسالين (النيكل- سالين)، هو بوليمر معدني يحتوي على المعادن؛ سلاسل من ذرات النيكل والسالين تشكل الأسلاك الجزيئية التي تساعد على تعزيز الناقلية الإلكترونية، وتشكل حدًّا لبطاريات البوليمر المكونة من النيتروكسيل.
يشرح الباحثون في دراستهم مسار نقل الشحنة الوحيد في البوليمرات القائمة على النيتروكسيل وهو انتقال الإلكترونات بين مراكز الأكسدة والإرجاع المتجاورة، وهي عملية سريعة على المستوى المجهري.
ومع ذلك ، فإن الناقلية الإلكترونية على المستوى المجهري للمواد المكونة من النيتروكسيل منخفضة للغاية.
اكتشف العلماء في أثناء الاختبار أنواعًا مختلفةً من البوليميرات، كان أفضلها بوليمر النيكل سالين الذي أثبت فعاليةً واستقرارًا أكثر من البقية. ويرجع ذلك لأن جزيئات السالين والنيكل تعمل بوصفها موصلًا أساسيًا ومجمع شحن في الوقت ذاته لجذور النيتروكسيل الثابتة (المستقرة)، في حين تدعم زيادة قدرة عمليات الأكسدة والإرجاع للمادة.
كما يعمل الجهاز بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة، على عكس بطاريات الليثيوم- أيون الحساسة لدرجة الحرارة.
لا يعني هذا أن بطاريات النيسالين سريعة الشحن مثالية في جميع المجالات .
يقول ليفين:«في هذه المرحلة، لا تزال بطاريات النيسالين متأخرة بما يخص السعة بنسبة تتراوح من 30 إلى 40 في المائة أقل من بطاريات الليثيوم- أيون، نحن نعمل حاليًا على تحسين مؤشر السعة مع الحفاظ على معدل الشحن والتفريغ»
نظريًا، يجب أن توفر البوليمرات القائمة على النيتروكسيل إمكانات سعوية جيدة في النهاية، لذلك قد تكون مسألة وقت قبل أن يكتشف الفريق كيفية تعديل البطارية لتوفير مساحة شحن جيدة بالإضافة إلى الناقلية العالية.
نأمل مزايا أخرى مهمة يمكن أن يقدمها هذا النوع من البطاريات بالإضافة إلى ميزات الشحن.
يضيف ليفين: «إن البطاريات آمنة للاستخدام فلا يوجد شيء قابل للاحتراق أو قد يشكل خطرًا، على عكس البطاريات القائمة على الكوبالت -بما في ذلك بطاريات الليثيوم- أيون- المنتشرة اليوم»
وأضاف: «كما أن نسبة المعادن التي تُحدث ضررًا على البيئة أقل بكثير، النيكل الموجود في البوليمر لدينا كميته قليلة جدًا بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم- أيون».
اقرأ أيضًا:
ما الفرق بين البطاريات القابلة للشحن وتلك غير القابلة للشحن؟
نوعٌ من البطاريات نحتاجها بشدةٍ يمكنُها أن تشحن بالكامل في أقل من ثلاثين ثانية
ترجمة :يامن زيود
تدقيق :أحمد الحميّد
مراجعة: أحلام مرشد
