"الزنك" و"الليثيوم" على حلبة البطاريات.. مواجهة نارية خضراء

يعتقد باحثون بجامعة آي تي إتش في مدينة زيورخ السويسرية أن بطاريات الزنك يمكن أن تكون رخيصة وفعالة ومتينة وآمنة وصديقة للبيئة.

ووفق البحث، الذي تم نشره في مجلة "إنرجي أند إينفرومنتل ساينس" يعد بمثابة اختراق في جهود إنتاج بطارية من معدن الزنك التي تعد أحد البدائل الواعدة لبطاريات الليثيوم، وفقا لتقرير نشره موقع "أويل برايس".

ويحتاج الاقتصاد العالمي إلى بطاريات رخيصة وقوية يمكنها تخزين الكهرباء المنتجة من الرياح أو ضوء الشمس حتى يمكن استخدامها حتى عندما يكون الجو مظلمًا بالخارج أو لا تهب الرياح.

• تحت وطأة أزمة الطاقة بأوروبا.. أسعار الزنك تقفز 7.2%

بطاريات الليثيوم باهظة الثمن

وتعد البطاريات الأكثر شيوعًا التي تشغل الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية هي بطاريات مصنعة من معدن الليثيوم. إلا أن هذه البطاريات باهظة الثمن، لأن الطلب العالمي على الليثيوم آخذ في الارتفاع كما يمكن أن تكون هذه البطاريات قابلة للاشتعال أيضًا.

في المقابل، توفر بطاريات الزنك بديلاً واعدًا لبطاريات الليثيوم وقد ابتكر فريق الباحثين بجامعة أي تي إتش في مدينة زيورخ استراتيجية تحقق تقدمًا رئيسيًا في تطوير بطاريات الزنك هذه، ما يجعلها أكثر قوة وأمانًا وصديقة للبيئة.

تحدي المتانة

وهناك عدد من المزايا لبطاريات الزنك، أبرزها أنه معدن متوفر ورخيص فضلا عن وجود بنية تحتية قادرة علي إعادة تدويره. كما يمكن لبطاريات الزنك تخزين الكثير من الكهرباء. وكذلك لا تتطلب بطاريات الزنك استخدام مذيبات عضوية شديدة الاشتعال كسائل إلكتروليت، حيث يمكن تصنيعها أيضًا باستخدام إلكتروليتات مائية . 

لكن، في الوقت نفسه، هناك تحديات يجب على المهندسين مواجهتها عند تطوير هذه البطاريات. أول هذه التحديات هو أنه عندما يتم شحن بطاريات الزنك بجهد عال، يتفاعل الماء الموجود في سائل الإلكتروليت على أحد الأقطاب لتكوين غاز الهيدروجين، الأمر الذي يؤدي إلى انخفاض مستوى السائل لإنتاج الكهرباء ويقل أداء البطارية.

ويتسبب هذا التفاعل في تراكم الضغط الزائد في البطارية الذي قد يكون خطيرًا. وهناك مشكلة أخرى تتمثل في تكوين رواسب من الزنك في أثناء شحن البطارية، والتي يمكن أن تؤدي إلي حدوث ماس كهربائي وتجعل البطارية غير صالحة للاستعمال.

البطاريات سامة

في السنوات الأخيرة، اتبع المهندسون استراتيجية لمواجهة تراجع معدل السائل بالبطارية تتمثل في إضافة الأملاح، من أجل الحفاظ على محتوى السائل، إلا أن هناك أيضًا عيوبا في تلك الخطة تتمثل في لزوجة السائل، مما يبطئ عمليات الشحن والتفريغ إلى حد كبير. وكذلك فإن الكثير من الأملاح المستخدمة تحتوي على الفلور، ما يجعلها سامة ومضرة بالبيئة.

وتوضح ماريا لوكاتسكايا، أستاذة أنظمة الطاقة الكهروكيميائية في جامعة أي تي إتش، أنه عبر التجارب التي تدعمها عمليات المحاكاة الحاسوبية، تمكن الباحثون من الكشف عن أن تركيز الملح المثالي ليس -كما كان يُفترض سابقًا- أعلى تركيز ممكن، ولكنه منخفض نسبيًا.

شحن سريع

ولم يستخدم الباحثون أيضًا أي أملاح ضارة بالبيئة لتحسينها، واختاروا بدلاً من ذلك أملاح حمض الأسيتيك الصديقة للبيئة .

وقال داريو جوميز فاسكويز، طالب الدكتوراه في جامعة أي تي إتش، إن الباحثين نجحوا بالفعل في تقليل استنفاد الإلكتروليت إلى الحد الأدنى مثلما فعل علماء آخرون سابقًا، وذلك عبر تركيزات عالية من الأملاح السامة، وهو ما أمكن من شحن البطاريات وتفريغها بشكل أسرع.

ومن الناحية المثالية، يمكن استخدام هذه البطاريات لاحقا كوحدات تخزين في شبكة الطاقة للتعويض عن التقلبات، أو في أقبية منازل الأسرة الواحدة للسماح باستخدام الطاقة الشمسية المنتجة خلال النهار، في المساء.

ويشير الباحثون في دراستهم إلى أنه لا تزال هناك بعض التحديات التي يجب التغلب عليها قبل أن تصبح بطاريات الزنك جاهزة للسوق.

 وتبدو الآفاق واضحة لبطاريات الزنك، على المستوى الصحي للأشخاص، فلا أحد يستخدم الليثيوم في بطاريات التطبيقات السمعية، لأن البطارية قريبة جدًا بالفعل. لكن بطاريات الزنك شائعة في التطبيقات السمعية وهذا يوضح بشكل جيد الاختلاف في السلامة.