كلنا نعرف بطاريات أيون الليثيوم الفعالة القابلة للشحن، الموجودة في هواتفنا الذكية وحواسيبنا المحمولة، وأيضًا في السيارات الكهربية.
لسوء الحظ، يُعَد عنصر الليثيوم موردًا محدودًا، ما يُصعب تلبية الطلب العالمي المتزايد على البطاريات الرخيصة نسبيًا؛ لذلك يبحث العلماء الآن عن بدائل لبطاريات أيون الليثيوم.
يُعَد استبدال الصوديوم بالليثيوم بديلًا واعدًا؛ إذ يوجد الصوديوم بوفرة في مياه البحر، ويمكن استخراجه بسهولة.
تقول دوروثي رافنسبوك Ravnsbæk، قائدة البحث، الباحثة في قسم الفيزياء بجامعة جنوب الدنمارك: «ما زالت بطاريات أيون الصوديوم قيد التطوير، ويعمل الباحثون على إطالة عمرها الافتراضي، وتخفيض مدة شحنها، لتصنيع بطاريات يمكنها توفير قدرة عالية».
تهتم دوروثي وفريقها بالعمل على تطوير بطاريات جديدة قابلة للشحن، لتحل محل بطاريات أيون الليثيوم المُستخَدمة اليوم على نطاق واسع.
لتصبح بطاريات أيون الصوديوم بديلًا فعالًا، يجب تطوير مواد إلكترود (قطب كهربي) أفضل. وهو موضوع البحث المنشور في مجلة Applied Energy Materials، بالتعاون مع فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية. لكن قبل النظر إلى تفاصيل الدراسة، دعونا ننظر إلى الأسباب التي تجعل بطاريات الصوديوم بديلًا ناجحًا.
تشرح دورثي: «من المزايا الواضحة أن الصوديوم مورد متاح بوفرة؛ إذ يوجد بكميات كبيرة في مياه البحر. على عكس الليثيوم الذي يُعَد موردًا محدودًا، يُستخرَج من أماكن قليلة في العالم».
الميزة الأخرى أن بطاريات أيون الصوديوم -على عكس الليثيوم- لا تحتاج إلى الكوبالت. إن أكثر الكوبالت المُستخدَم اليوم في بطاريات أيون الليثيوم يأتي من جمهورية الكونغو الديمقراطية، حيث القلاقل والاضطراب وعمالة الأطفال، وكلها عوامل تؤدي إلى وجود مخاوف وشكوك أخلاقية حول تجارة الكوبالت.
ومن الميزات أيضًا أن بطاريات أيون الصوديوم يمكن تصنيعها في نفس المصانع التي تصنع بطاريات أيون الليثيوم.
في الدراسة الجديدة، فحصت دورثي مع فريقها مادة إلكترود جديدة، تعتمد على الحديد والمنغنيز والفوسفور. يمثل وجود المنغنيز إضافةً جديدة، فهو لا يعطي جهدًا أعلى للبطارية فحسب، بل يزيد أيضًا من سعة البطارية، ومن القدرة الناتجة. وهذا لأن التحولات الحادثة على المستوى الذري في أثناء التفريغ والشحن، تتغير تغيرًا ملحوظًا في وجود المنغنيز.
تقول دورثي: «لوحظت تأثيرات مماثلة في بطاريات أيون الليثيوم، لكن المدهش أن يظل التأثير موجودًا في بطاريات أيون الصوديوم؛ إذ يختلف التفاعل بين الإلكترود وأيونات الصوديوم عن التفاعل في حالة أيونات الليثيوم».
يصعب توقع الوقت الذي تصبح فيه بطاريات أيون الصوديوم المُستخرَج من مياه البحر متاحةً للاستخدام في هواتفنا المحمولة وسيارتنا الكهربائية، إذ لا تزال بعض التحديات في حاجة إلى حل. أحد هذه التحديات هو صعوبة صنع بطارية أيون صوديوم صغيرة الحجم. لكن البطاريات الكبيرة أيضًا مهمة، عندما يتعلق الأمر بتخزين طاقة الرياح أو طاقة الشمس.
سنة 2019، دشن علماء صينيون في مركز أبحاث الفيزياء في دلتا نهر يانغتسي بطارية أيون صوديوم عملاقة بقوة 100 كيلو واط/ ساعة، تتكون من 600 خلية (بطارية أيون صوديوم) متصلة، وهي توفر الطاقة للمبنى الذي يضم المركز؛ إذ تخزن البطارية التيار الفائض من الشبكة الرئيسية.
اقرأ أيضًا:
بطارية تعتمد على مياه البحر ، ماذا بعد ؟
ترجمة: غنوة عجرم
تدقيق: أكرم محيي الدين
