بطاريات الليثيوم المعدنية.. تقنية سعودية ثورية في حلول تخزين الكهرباء
توصّل علماء سعوديون إلى ابتكار علمي غير مسبوق من شأنه أن يعزز قوة بطاريات الليثيوم المعدنية وخفض تكلفتها عبر دمج النايلون في تصميم تلك الأدوات المستعمَلة في تخزين الطاقة، وفق متابعات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
فإلى جانب انبعاثاتها الكربونية المنخفضة، تتمتع بطاريات الليثيوم بكثافة طاقة عالية، كما أنها أخف وزنًا من البطاريات الأخرى؛ ما يجعل استعمالها مثاليًا في الهواتف الذكية المناسبة لحجم الجيب، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية صغيرة الحجم والروبوتات والنقل.
وعبر فحص كيمياء التفاعلات الحاصلة بين النايلون والليثيوم، بما في ذلك الروابط الجزيئية الرئيسة، يتضح إمكان إذابة النايلون في مذيبات أكثر اعتدالًا بكثير مما كان يُعتَقد في السابق للحصول على أداء بطارية فائق.
ويُسهِم النايلون بتعزيز أداء بطاريات الليثيوم المعدنية عبر تعزيز الكفاءة والعمر التشغيلي مع تقليل التفاعلات الضارة أو ما يُطلق عليها “التفاعلات الطفيلية”؛ ما يرسم مسارًا واعدًا لحلول تخزين الطاقة الأكثر أمانًا وفاعلية من حيث التكلفة.
الجيل التالي.. ولكن
على الرغم من أن بطاريات الليثيوم المعدنية التي تستعمِل الإلكتروليتات الصلبة تُعد الجيل التالي من بطاريات الليثيوم؛ نظرًا إلى كثافة الطاقة المعززة والسلامة؛ فإن عدم الاستقرار البيني بين معدن الليثيوم والإلكتروليتات الصلبة يحدّ من استعمالها في التطبيقات العملية.
لكن يبدو أن العيب المذكور سيكون شيئًا من الماضي بعد أن نجح العلماء في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا السعودية في ابتكار طريقة لتضمين النايلون في تصميم بطارية الليثيوم على نحو يعزز الأداء التشغيلي ويحسن معايير السلامة، وفق نتائج دراسة حديثة نشرتها دورية إنرجي أند إنفيرومنتال ساينس (Energy & Environmental Science).
ومن الممكن أن تشعل تلك التقنية الجديدة ثورة في حلول تخزين الطاقة مع خفض التكاليف بشكل كبير، وفق معلومات اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
آلية التقنية
لتحسين الأداء التشغيلي لبطارية الليثيوم، غالبًا ما يستعمِل الباحثون مواد مضافة لتحقيق استقرار في واجهات البطارية وخفض أوجه القصور وعدم الكفاءة.
وفي هذا الصدد اكتشف الباحثون في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا حقيقة مفادها أن النايلون، وهو مادة بوليمر يُشاع استعمالها في الملابس، يمكن أن يعمل بوصفه مادة مضافة فاعلة عند إذابتها في محلول ليثيوم مخفف.
وبخلاف الطرق السابقة التي اعتمدت على المذيبات القاسية؛ فإن التقنية المبتكرة الجديدة تتيح للنايلون الذوبان في ظروف معتدلة؛ ما يجعلها خيارًا أكثر أمانًا وفاعلية لتعزيز الأداء التشغيلي للبطاريات، ولا سيما بطاريات الليثيوم.
وقال عالم في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا وأحد الباحثين الرئيسين زيمينغ تشاو، إن “البوليمرات عادةً تكون صعبة الذوبان في إلكتروليتات البطاريات الشائعة؛ ونحن أجرينا دراسة دقيقة ومكثفة على الخصائص الكيميائية، وعدّلنا بنية المادة المذيبة، والتفاعلات ذات الصلة”.
ووجد تشاو وفريقه البحثي أن تضمين النايلون قد نتج عنه بطاريات ليثيوم معدنية أكثر كفاءة، ولديها عمر تشغيلي أطول، وتفاعلات ضارة أقل.
وفحصت الدراسة السعودية الكيمياء التي تقف وراء التفاعلات الحاصلة بين النايلون والليثيوم؛ ولا سيما تلك التي تركز على الروابط الجزيئية الرئيسة التي جعلت هذا التأثير الإيجابي في البطاريات ممكنًا.
بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم المعدنية
تُستعمَل بطاريات الليثيوم على نطاق واسع حاليًا؛ نظرًا إلى ما تتمتع به من كثافة طاقة عالية وتصميم خفيف الوزن، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.
ويُستعان بتلك البطاريات لتشغيل كل شيء تقريبًا بدءًا من الهواتف الذكية وأجهزة الحواسيب المحمولة إلى تقنية الفضاء، لكنْ ثمة نوعان رئيسان من بطاريات الليثيوم؛ وهما ليثيوم أيون وليثيوم معدني.
وتبرز بطاريات الليثيوم أيون البطاريات الأكثر شيوعًا في الأجهزة الإلكترونية اليومية مثل أجهزة الحواسيب المحمولة والهواتف الذكية.
في الوقت نفسه، توفر بطاريات الليثيوم المعدنية كثافة طاقة أكبر، وتظهر تطبيقاتها العديدة في الروبوتات والنقل وغيرها من التقنيات المتقدمة.
وعلى الرغم من مزاياها الكثيرة؛ فلا تزال بطاريات الليثيوم المعدنية تواجه تحديات عدة تتعلق بالسلامة وطول العمر التشغيلي نتيجة وجود مواد خطرة وتفاعلات جانبية غير مرغوب فيها والتي تؤدي إلى تدهور أدائها بمضي الوقت.
نحو تخزين طاقة أكثر أمانًا وفاعلية
سلّط رئيس مركز التميز في تقنيات التخزين والطاقة المتجددة بجامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا البروفيسور حسام الشريف، الضوء على الآثار الأوسع نطاقًا لاكتشاف فاعلية النايلون في تعزيز الأداء التشغيلي ببطاريات الليثيوم المعدنية.
وقال الشريف: “فريق البحث متخصص في بناء الطاقة المتجددة واستحداث حلول غير تقليدية مثل كثافة الطاقة العالية وبطاريات أكثر أمانًا بهدف تسريع جهود إزالة الكربون في المملكة العربية السعودية”.
وتابع: “اكتشاف النايلون هذا يَعِد بإتاحة مواد مضافة أرخص ثمنًا وأكثر أمانًا، ويؤكد فوائد البحوث العلمية الأساسية”، وفق تصريحات تابعتها منصة الطاقة المتخصصة.
ومن الممكن أن يؤدي ذلك الاكتشاف إلى حلول تخزين طاقة أكثر أمانًا وفاعلية وأطول زمنًا، لتستفيد منه صناعات عديدة بدءًا من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وانتهاءً بوسائل النقل.
موضوعات متعلقة..
- أسعار بطاريات الليثيوم أيون تنخفض لمستوى قياسي في 2023.. ما السبب؟
- إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون تشهد طفرة تكنولوجية أسترالية (تقرير)
- إعادة تدوير البطاريات غير كافية لتلبية الطلب المتزايد من السيارات الكهربائية (تقرير)
اقرأ أيضًا..
- إيران توقّع صفقة غاز بقيمة 17 مليار دولار
- بناء أكبر محطة طاقة شمسية في أميركا.. ما صلتها بقنبلة ناغازاكي؟
- قطاع التعدين في مالاوي يجذب الشركات العالمية.. 30 مليار دولار قد تقلب الموازين
المصدر:
إقرأ: بطاريات الليثيوم المعدنية.. تقنية سعودية ثورية في حلول تخزين الكهرباء على منصة الطاقة