بطاريات جديدة قابلة للشحن في 30 ثانية.. ممَّ تتكون؟

المصدر : هاف بوست عربي

يمكن للنهج الجديد المرتبط بأجهزة تخزين الطاقة، والتي تعمل من خلال مادة الكهرل أو الإلكتروليت المائية (مادة تحتوي على أيونات حرة تشكل وسطاً ناقلاً للكهرباء)، أن ينتقل من مستوى الشحن الأقل إلى الشحن الكامل في غضون 20 ثانية فقط، مما يجعل الأمر مثالياً بالنسبة للأجهزة الإلكترونية المحمولة التي تحتاج مراراً إلى الشحن السريع.

وعلى الرغم من أن الفكرة غير جديدة، فإن المحاولات السابقة أسفرت عن أجهزة تعاني انخفاض الطاقة ومعدلاً عمرياً أقل.

وفي هذه الأيام، نطالب بالكثير من تقنيات تخزين الطاقة. فيجب فقط ألا تكون مضغوطة وفعالة وطويلة الأمد وسريعة في إعادة شحنها؛ بل يجب أيضاً أن تكون صديقة للبيئة. ومن المفضل أيضاً ألا تنفجر إذا صادف وضغطتَ عليها بأسنانك.

ونتيجة لهذه الأسباب، بالإضافة إلى أسباب أخرى، اكتسبت أجهزة التخزين التي تعمل بالمحاليل المائية -تلك التي تحتوي على المحاليل المائية بدلاً من جسيمات المعاجين السامة أو المعاجين العضوية القابلة للاشتعال- بعض الاهتمام الجاد كخيارات آمنة يمكن الوثوق بها.

وعلى الرغم من أنها أقل قابلية للاشتعال من بطاريات الليثيوم الحديثة، ومن المحتمل أن تكون أرخص بكثير- فإن الطريقة التي ينقل بها المحلول الإلكترونات تمثل مشكلة خطيرة.

وتعمل الخلايا التي تكوِّن البطارية، عن طريق نقل الإلكترونات بين مادتين. وتحدُّ المحاليل المائية من معدل الجهد الكهربي بين النقطتين أكثر من المحاليل الأخرى؛ مما يؤدي إلى تآكل الأنود بشكل أسرع.

وهذا يؤدي إلى متوسطٍ عمريٍّ أقل وقدر أقل من الطاقة، وهو ما يعتبر غير جيد تماماً كي يعزز جهازك الذكي الأخير بالطاقة خلال يوم بكل ثقة.

ولذا، وضع الباحثون بالمعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) تساؤلات جديدة حول النظام، وعدَّلوا الطريقة التي بُني عليها الجهاز الذي يُسمى المكثف الهجين المائي (AHC).

وتعتبر المكثفات الهجينة هذه، في الأساس، مزيجاً من البطارية والمكثف، الذي يتمتع بأقطاب تخزن طاقتها بطريقة كهروكيميائية كشحنة كهربائية ساكنة. ويمكن لإضافة محاليل مائية من الأيونات في المنتصف أن تساعد على نقل التيار.

وباستخدام مركبات البوليمر، القائمة على مادة الغرافين، بدلاً من الموصلات المعدنية الأكثر تقليدية، على الأنود، وتحويل الكاثود الذي يتمتع بأكسيد المعادن المبعثر إلى جسيمات متناهية الصغر، تمكَّن الباحثون من التغلب على عيوب مكثفات الهجين المائي AHC.

وتبين أن شبكة الفيبر الكربوني الصغيرة الموجودة على الأنود، تعتبر أكثر كفاءة بكثير فيما يتعلق بنقل الإلكترونات إلى المحلول المائي، مما يسمح للبطاريات بتقديم كثافة طاقة تزيد 100 مرة على الأجهزة السابقة، مع احتفاظها بقدرتها على الشحن لما يزيد على 100.000 مرة.

والأفضل من ذلك، يشير الأنود الجديد، بالإضافة إلى الكهرل (الإلكتروليت) السائل، إلى أن عملية الشحن برمتها يمكن أن تنتقل من صفر إلى 100 بشكل مثالي في غضون 20 ثانية من الشحن.

ويأتي كل ذلك من دون تكلفة بالنسبة لسلامتها أو اقتصادياتها.

ويقول الكيميائي جيونغ كو كانغ: “يمكن تصنيع هذه التقنية الصديقة للبيئة بسهولة، كما أنها قابلة للتطبيق بشكل كبير. وعلى وجه الخصوص، يمكن لسعتها العالية واستقرارها العالي، مقارنة بالتكنولوجيات القائمة، أن يسهما في تسويق المكثفات المائية”.

وبما أن مصدر الطاقة ليس بحاجة إلى أن يكون قوياً، فإن معدل شحنها السريع ربما يتناسب مع خلايا الألواح الضوئية أو غيرها من مصادر توليد الطاقة الصغيرة.

وسوف يستغرق الأمر بعض الوقت حتى نرى هذه الأنواع الجديدة من الأجهزة تنافس مثيلاتها من بطاريات أيونات الليثيوم، ولكن ستجد الأجهزة الخلوية الرخيصة التي يمكنها التعامل مع الحالات القصوى دون الاشتعال، مكاناً -بلا شك- وسط التكنولوجيا المحمولة في المستقبل.

ويعتبر وقت الشحن القليل مجرد ميزة إضافية، رغم أنهم وعدونا بالبطاريات التي تُشحن في وقت الانتظار منذ سنوات.

وتُبقي مادة الغرافين المدهشة على آمالنا؛ إذْ تستكشف سامسونغ قدرتها فيما يتعلق بالمواد +التي ربما تشهد شحن الهاتف الذكي بطاقته كاملة في غضون 12 دقيقة تقريباً.

ويمكن للمكثفات المعززة أن تقدم نهجاً مختلفاً تماماً، مما يسمح لنا بالشحن الكامل في وقت أقل من الوقت الذي تستغرقه لقول “وصل شحن الهاتف إلى 1%.. سأتصل بك لاحقاً!”.

من يعلم المكان الذي ستتناسب معه البطاريات المائية سريعة الشحن من بين هذه الأنواع المتعلقة بتكنولوجيات التخزين؟ ولكن في ضوء هذا المعدل الذي تنتشر من خلاله الأجهزة الذكية الرخيصة المتعطشة إلى الطاقة، فسوف نحتاج إلى الكثير منها.