تعتمد الكثير من تقنياتنا اليومية على البطاريات، ولا يُعَد الحديث عن أهمية بطاريات أيون الليثيوم القابلة للشحن مبالغةً، لكن إنتاج هذا النوع من البطاريات باهظ الثمن، ناهيك بصعوبة الحصول على المواد الأولية لتلك العملية. قد تصبح عملية إنتاج بطاريات أيون الصوديوم أسهل وأرخص، إذا تخطينا مشكلة تشغيل هذه البطاريات، إضافةً إلى الاستغناء عن بطارية أيون الليثيوم المستخدمة الآن، وقد اقتربنا من تحقيق هذه الغاية.
صنع الباحثون أفضل نسخة ممكنة من بطاريات أيون الصوديوم حتى الآن، إذ تمكنت إحدى البطاريات من تخزين قدر كبير من الطاقة، وكان أداؤها شبيهًا بأداء بطاريات الليثيوم التجارية، ما يُعَد تطورًا هائلًا في المجال.
من أهم مزايا بطاريات الصوديوم التخزين الشامل للطاقة، مع اتجاه العالم نحو الطاقة المتجددة، إذ ستزداد أهمية خاصية التخزين، وسنحتاج إلى بطاريات رخيصة الإنتاج قابلة للتطوير.
تقول مهندسة المعادن جونهوا سونغ من مختبر لورانس بيركلي الوطني: «يتمثل التحدي الرئيسي في تمتع البطاريات بكثافة عالية من الطاقة، وأن تدوم طويلًا في الوقت ذاته».
حتى الآن، تتفوق بطاريات الليثيوم على بطاريات الصوديوم، إذ تدوم فترةً أطول وتخزن كميةً أكبر من الطاقة، لأن أغلب المعادن المُستخدمة في الكاثود -المهبط أو القطب السالب في البطارية، وهو الجزء الذي يستقبل الإلكترونات المتدفقة- يتعرض لتراكم ضار لبلورات الصوديوم غير الفعالة، ما يؤدي إلى توقف انتقال الطاقة.
للتغلب على ذلك، اقترح العلماء صنع مهبط متعدد الطبقات من أكسيد المعدن، ثم طوروا إلكتروليت -محلول كهربائي- سائل يحتوي المزيد من أيونات الصوديوم، ونتج عن ذلك مزيج يحتوي تركيزًا أعلى من الملح داخل البطارية، وتفاعل أفضل مع المهبط، وعدم تراكم بلورات الصوديوم.
بعد 1000 دورة ما زالت بطارية أيون الصوديوم الجديدة تحتفظ بأكثر من 80% من شحنها، ومع ذلك لا يُعَد هذا كافيًا لتكون مناسبة للاستخدام في الهواتف الذكية، لكنها خطوة كبيرة في سبيل الحصول على تقنية بطاريات بديلة تعد بالكثير من التطور في المستقبل.
قال عالم المعادن يوهي لين من جامعة واشنطن: «كشف بحثنا عن العلاقة الأساسية المتبادلة بين تطور بنية المهبط والتفاعل السطحي مع الإلكتروليت، وتُعَد هذه من أفضل النتائج التي توصلنا إليها بخصوص بطارية الصوديوم ذات المهبط متعدد الطبقات، ما يجعلها تقنية فعالة، قابلة للتطبيق مقارنةً ببطاريات الليثيوم».
ولم يكتف العلماء بذلك، بل أرادوا تحسين الفاعلية والكفاءة بدراسة التفاعل بين الإلكتروليت والمهبط، إذ يهدفون إلى الاستغناء عن الكوبلت، وهو معدن نادر يصعب الحصول عليه، يُستخدم في بطاريات الليثيوم التجارية وبطاريات الصوديوم التجريبية.
رغم هيمنة بطاريات الليثيوم على الأسواق، بسبب استخدامها في الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة والسيارات الكهربائية، فلها سلبيات منها المصادر المكلفة لليثيوم. ولما كنا في حاجة ماسة إلى تلك البطاريات، فمن المنطقي أن نبحث عن البديل.
هذا لا يعني إزاحة بطاريات الليثيوم من الابتكارات والخطط المستقبلية، إذ يعمل العلماء جاهدين لجعلها تدوم فترةً أطول، وأن تُشحن بسرعة، فمن الأفضل أن يكون لدينا المزيد من الخيارات بصرف النظر عن ماهيتها.
تقول سونغ: «يمهد هذا العمل الطريق لبطاريات أيون الصوديوم العملية، وتُلقي الأفكار الرئيسية حول التفاعل بين المهبط والمحلول الكهربائي الضوء على طريقة تطوير مواد مهبط خالية من الكوبلت في بطاريات أيون الصوديوم، إضافةً إلى أنواع أخرى من البطاريات. إذا تمكنا من إيجاد بدائل عملية قابلة للتطبيق لكل من الليثيوم والكوبلت، فقد تستطيع بطارية أيون الصوديوم منافسة نظيرتها ذات أيون الليثيوم، وعندها ستتغير كل المعطيات».
اقرأ أيضًا:
نوع جديد من بطاريات الليثيوم تستهلك ثاني أكسيد الكربون لشحن نفسها
بطاريات الليثيوم-أيون عرضة للانفجار
ترجمة: يزن باسل دبجن
تدقيق: أكرم محيي الدين
