تمكن الباحثون في جامعة (Technische Universität Wien (TU Wien في فيينا بالنمسا من صنع بطاريات أيونات الأكسجين التي قد تكون بديلًا لبطاريات أيونات الليثيوم المستخدمة في الأنظمة الضخمة لتخزين الطاقة.
تُعد كثافة طاقة بطاريات أيونات الأكسجين أقل من تلك الموجودة في بطاريات الليثيوم، لكنها تتمتع بعدة ميزات مهمة.
تبرز أول ميزة في أن سعة تخزين بطارية أيونات الأكسجين لا تتناقص مع مرور الوقت لأنها متجددة، ما قد يمنح البطارية عمرًا أطول.
يُمكن تصنيع بطاريات أيونات الأكسجين دون الحاجة إلى عناصر نادرة، وتتصف المواد الداخلة في صناعتها بأنها غير قابلة للاشتعال، ما يمنع حدوث الحرائق.
قد لا تبدو أي من الميزات المذكورة مميزة، لكن قد تُساعد في تغيير طريقة صنع البطاريات حتى لا تضر بالبيئة مستقبلًا، إذ تحتاج البطاريات المتوفرة حاليًا -مثل بطارية أيون الليثيوم Li-on- إلى عناصر نادرة موجودة في باطن الأرض لا يُمكن استخراجها دون إلحاق الضرر بالبيئة والناس على حد سواء.
توجه الباحثون للمواد الخزفية لتحري ما إن كانت تصلح لصنع بطاريات أيونات الأكسجين، وتبين أن هذه المواد تستطيع اكتساب أيونات من الأكسجين مع شحنتين سالبتين وتستطيع أيضًا الاستعاضة عنهما.
تتحرك أيونات الأكسجين من مادة خزفية إلى أخرى عند تطبيق جهد كهربائي، ما يؤدي لتكوين تيار كهربائي. إنها ذات الفكرة التي بواسطتها تُصنع بطاريات أيونات الليثيوم، لكن المواد الخزفية تتفوق بالميزات الأخرى العديدة.
يقول توبياس هيوبر، أحد أعضاء الفريق الذي أجرى هذا البحث: «يمكن استبدال بعض العناصر التي يصعب الحصول عليها بأخرى، دون صعوبات».
يجري الآن استعمال اللنثانوم -الذي يُعد عنصرًا ليس بالنادر ولا متوفرًا بكثرة- في النموذج الأولي للبطارية، لكنهم يعملون على البحث عن عناصر أخرى أقل تكلفة.
قد تكون بطاريات أيونات الأكسجين طريقةً رائعة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة، مثل مصادر الطاقة المتجددة.
تبرز أهم ميزة لبطارية أيونات الأكسجين في عمرها الطويل، فحاملات الشحنات في العديد من البطاريات تتوقف عن الحركة بعد مدة من الزمن ولا تستطيع بعد ذلك توليد الكهرباء، ما يؤدي لتناقص سعة البطارية.
تُصبح هذه مشكلة خطيرة بعد عدة دورات من الشحن، لكن لا تُعاني بطارية أيونات الأكسجين مما سبق، لأن سعتها قابلة للتجدد دون مشاكل.
إذا خسرت البطارية الأكسجين نتيجة التفاعلات الثانوية، فيمكن للأكسجين في الهواء المحيط تعويض الفاقد.
لا تصلح تقنية بطاريات أيونات الأكسجين حتى الآن للاستخدام في الهواتف الذكية أو السيارات الكهربائية، لأنها تحمل فقط ثلث كثافة الطاقة اللازمة لعمل هذه الأجهزة على عكس بطاريات الليثيوم، ولا تعمل إلا عند توفر درجات حرارة تتراوح بين 200 و400 سيليسيوس.
لا شك أن هذه التقنية مثيرة عند رؤية تطبيقاتها في مجال تخزين الطاقة، خاصةً في وحدات التخزين التي تحتفظ بالطاقة القادمة من الشمس أو الرياح مؤقتًا.
يقول ألكساندر شميد من المؤسسة المعنية بالتقنيات الكيميائية والتحليلات (Institute Of Chemical Technologies and Analytics) في TU Wien: «إذا بنيت بناءًا كاملًا يحتوي على وحدات تخزين الطاقة، فلن تؤدي كثافة الطاقة المنخفضة ودرجات الحرارة المرتفعة اللازمة دورًا حاسمًا في عملها. ستبرز قوة البطارية التي عملنا عليها في هكذا سيناريو، تحديدًا عمر البطارية الطويل والقدرة على تصنيع كميات كبيرة منها لعدم الحاجة إلى عناصر نادرة واستحالة حدوث الحرائق حال إساءة استعمالها».
اقرأ أيضًا:
بطارية سيارة كهربائية تكفي لقطع 630 كيلومترًا خلال دورة شحن واحدة
اختراع بطارية ورقية تعمل بالماء!
ترجمة: طاهر قوجة
تدقيق: رغد أبو الرغائب
