آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
ترجمة المهندس أمجد قاسم
تعمل الكثير من تقنياتنا اليومية على البطاريات، ولا يمكن المبالغة في أهمية إعادة شحن أيونات الليثيوم. لكن إنتاجها باهظ الثمن بمواد يصعب الحصول عليها.
هناك من المحتمل بديل عن البطاريات المستخدمة حاليا، فبطاريات أيونات الصوديوم أرخص وأكثر سهولة في الإنتاج ، إذا تمكن الباحثون من تجاوز مشكلة تشغيل هذه البطاريات ، فربما يكون العلماء قد اقتربوا للتو من خطوة كبيرة نحو هذا الهدف.
لقد أنتج الباحثون واحدة من أفضل بطارية أيون الصوديوم حتى الآن ، واحدة تحتوي على طاقة مثل الليثيوم أيون ، وتقوم ببعض بطاريات أيون الليثيوم التجارية. يقول الفريق إن هذا يعد “تطورًا كبيرًا” في أبحاث بطاريات أيون الصوديوم (Na-ion).
إحدى التطبيقات التي قد تكون بطاريات Na-ion فيها مفيدة بشكل خاص هي تخزين الطاقة على نطاق واسع. مع انتقال العالم إلى الطاقة المتجددة ، سيصبح هذا التخزين أكثر أهمية من أي وقت مضى ، وسنحتاج إلى تكنولوجيا بطاريات رخيصة لإنتاجها ومباشرة لتوسيعها.
تقول مهندسة المواد جونهوا سونغ ، من مختبر لورانس بيركلي الوطني: “يتمثل التحدي الرئيس في أن تتمتع البطارية بكثافة طاقة عالية ودورة حياة جيدة”.
في الوقت الحالي ، تتمتع بطاريات أيونات الليثيوم بميزة تفوق أيون الصوديوم: فهي تدوم لفترة أطول ، وتحمل المزيد من الطاقة. أحد الأسباب هو أن الكثير من المواد المحتملة المستخدمة للكاثود – جزء البطارية التي تستقبل الإلكترونات المتدفقة – ينتهي بها الأمر إلى تراكم ضار ببلورات الصوديوم غير النشطة ، مما يؤدي في النهاية إلى وقف نقل الطاقة.
للتغلب على ذلك ، قام العلماء ببناء كاثود أكسيد فلز متعدد الطبقات ، وقاموا بتطوير إلكتروليت سائل يحتوي على أيونات صوديوم إضافية. نتج عن ذلك خليطًا مالحًا داخل البطارية ، وتفاعلًا أفضل مع الكاثود ، وعدم وجود بلورات صوديوم.
على مدار 1000 دورة ، لا تزال بطارية Na-ion الجديدة تحتفظ بأكثر من 80 في المائة من شحنتها ، وهذا ليس كافيًا لشق طريقها إلى هاتفك الذكي حتى الآن ، ولكنها خطوة كبيرة إلى الأمام لتقنية البطارية البديلة تعد بتقديم المزيد التقدم في المستقبل.
يقول عالم المواد يوي لين ، من جامعة ولاية واشنطن (WSU): “هذه هي أفضل النتائج التي تم الإبلاغ عنها على الإطلاق لبطارية أيون الصوديوم ذات كاثود متعدد الطبقات ، مما يدل على أن هذه التقنية قابلة للتطبيق ويمكن مقارنتها ببطاريات ليثيوم أيون.”
لم ينته الباحثون هناك أيضًا: يقولون أنهم يريدون أن ينظروا عن كثب في التفاعلات بين الالكترولايت والكاثود ، وتحسين الكفاءة بشكل أكبر. كما أنهم حريصون أيضًا على التخلص من استخدام الكوبالت ، وهي مادة أخرى نادرة ويصعب الحصول عليها ، ولكنها تُستخدم كثيرًا في بطاريات الليثيوم أيون التجارية وبطاريات النيون الأيونية التجريبية.
في حين أن بطاريات الليثيوم-أيون تهيمن على السوق من حيث الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات الكهربائية في الوقت الحالي ، إلا أنه يعاني من نقاط ضعفه – ليس أقلها مصادر تكلفة الليثيوم. إذا كنا بحاجة إلى المزيد من هذه البطاريات ، فمن المنطقي أن يكون لدينا بديل.
هذا لا يعني أن الابتكارات لا يمكن أن تحدث مع بطاريات الليثيوم أيون أيضًا: العلماء يكتشفون كيفية جعل هذه البطاريات تدوم لفترة أطول وشحنها بسرعة أكبر. كلما زاد عدد الخيارات المتاحة ، كان ذلك أفضل ، سواء كان ذلك ليثيوم أيون أو أيون الصوديوم أو أي شيء آخر.
يمهد هذا العمل الطريق نحو بطاريات أيون الصوديوم العملية ، وتلقي الأفكار الأساسية التي اكتسبها الباحثون حول تفاعل الكاثود على الكيفية التي يمكن بها تطوير مواد كاثود منخفضة الكوبالت أو منخفضة الكوبالت في بطاريات أيون الصوديوم وكذلك يقول سونغ: “في أنواع أخرى من البطاريات “.
يقول الباحثون أنه إذا تمكنوا من إيجاد بدائل قابلة للتطبيق لكل من الليثيوم والكوبالت ، فقد تكون بطارية أيون الصوديوم قادرة على المنافسة حقًا مع بطاريات أيونات الليثيوم. وسيكون ذلك بمثابة تغيير في عالم الطاقة.”
تم نشر البحث في ACS Energy Letters.
المصدر
sciencealert.com
