ثورة في عالم البطاريات.. اكتشاف مثير قد يغير مستقبل الطاقة
يُسرع الشحن السريع إعادة شحن بطاريات السيارات، ولكن الخبراء يؤكدون أن ذلك يكون عادة على حساب عمر البطارية.
لذا، عندما اكتشف فريق من معهد جورجيا للتكنولوجيا أن زيادة معدل الشحن تُحسّن في الواقع من قوة بطاريات أيونات الزنك، انقلب علم البطاريات رأسًا على عقب، بعد أن كان الاعتماد تقليديا على بطاريات أيونات الليثيوم.
وبقيادة هايلونغ تشين، الأستاذ المشارك في كلية جورج دبليو وودروف للهندسة الميكانيكية في معهد جورجيا للتكنولوجيا، وجد الفريق أن الشحن السريع لا يُسبب التدهور المُعتاد في بطاريات أيونات الليثيوم، بل ويُحسن أيضا أداء بطاريات أيونات الزنك.
وقد يُغير هذا الاكتشاف المُفاجئ، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة Nature Communications، نظرتنا إلى تزويد كل شيء بالطاقة، من المنازل إلى المستشفيات وحتى شبكة الكهرباء.
لماذا الزنك وليس الليثيوم؟
ولطالما كانت بطاريات أيونات الزنك موضع اهتمام العلماء، ويُعد الزنك أرخص وأكثر أمانًا ووفرة من الليثيوم، ولكن هناك عيب رئيسي أعاق تطورها، ملمسها الخارجي المليء بنتوءات بارزة تشبه الإبر أو الأشواك.
وتتشكل هذه النتوءات المعدنية الشبيهة بالإبر أثناء الشحن، وقد تُسبب قصرًا في دائرة البطارية، وهو نوع من الأعطال التي لا ترغب بها في أنظمة تخزين الطاقة.
ولكن فريق تشين وجد عكس ما هو متوقع، وأوضح تشين، "وجدنا أن استخدام الشحن السريع يُكبح في الواقع تكوّن النتوءات بدلًا من تسريعها".
وبدلًا من النموات الحادة والمتقطعة، تراكم الزنك في طبقات ناعمة وكثيفة ككتب مكدسة، هذا الهيكل الأنيق لا يمنع حدوث قصر كهربائي خطير فحسب، بل يُطيل عمر البطارية أيضًا.
وقال تشين، "هذا يُخالف الاعتقاد السائد بأن الشحن السريع يُقصر عمر البطارية، ما وجدناه يُوسع فهم الناس للشحن السريع، مما قد يُغير نظرتنا إلى تصميم البطاريات ومجالات استخدامها".
لا يزال هناك الكثير من العمل
وأصبح قطب الزنك الموجب (أنود الزنك) - أحد طرفي البطارية - في حالة ممتازة بفضل هذا الاكتشاف، لكن النصف الآخر، الكاثود، لا يزال بحاجة إلى تحسين ليُضاهي أداء القطب السالب وعمره الافتراضي.
ويعمل فريق تشين على ذلك، كما يُجرون تجارب على خلائط الزنك لجعل البطارية بأكملها أكثر متانة.
ولتحقيق هذا الاكتشاف، صمم فريق تشين أداة مُخصصة تُتيح لهم مُراقبة سلوك الزنك آنيًا عند سرعات شحن مُختلفة عبر مجموعة كبيرة من العينات في آن واحد.
وهذا النوع من المشاهدة المُتزامنة نادر في أبحاث البطاريات، وعادة ما يختبر العلماء مُتغيرًا واحدًا في كل مرة، مما يُبطئ التقدم، ولكن هذا النهج سمح لهم بتسريع الرؤى ورؤية أنماط عادةً ما تُغفل.
وقال تشين، "لم نكن نُشاهد فقط ما إذا كانت البطارية تعمل أم لا، بل كنا نُراقب بنية المادة وهي تتطور أثناء شحنها".
وساعدتهم هذه المراقبة في الوقت الفعلي على فهم سبب منع الشحن السريع لتكوين النتوءات في بطاريات أيونات الزنك - وهو شيء لم يسبق لأحد أن خطط له في المختبر من قبل.
aXA6IDIxNi43My4yMTYuMTIyIA== جزيرة ام اند امز
