أصدر فريق بحثي من جامعة فليندرز مؤخرًا بطارية أيونات الزنك واليود القائمة على الماء، والتي تستخدم الماء كإلكتروليت، وتتميز بأداء عالٍ، وأمان مرتفع، واستدامة، مما يجعلها بديلاً محتملاً لبطاريات الليثيوم أيون. تركز هذه الدراسة على مجال تخزين الطاقة على نطاق واسع، وتهدف إلى معالجة التحديات المتعلقة بتكاليف بطاريات الليثيوم، والأمان، والتلوث البيئي.
تسيطر بطاريات الليثيوم أيون حاليًا على سوق الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية، لكنها تواجه في الوقت نفسه مشكلات تتعلق بتكاليفها المرتفعة، ومخاطر الاشتعال، وإنتاج كميات كبيرة من النفايات البيئية. في أستراليا وحدها، يتم إنتاج حوالي 3,300 طن من نفايات بطاريات الليثيوم سنويًا؛ ومن المتوقع أن يرتفع هذا الرقم إلى أكثر من 136,000 طن بحلول عام 2036. في هذا السياق، يسعى المجتمع الأكاديمي بنشاط للبحث عن تقنيات بديلة أكثر استقرارًا وصديقة للبيئة.
تصميم قفص جزيئي من السيكلوديكسترين يمنع تأثير انتقال اليود المتعدد
تستخدم بطاريات أيونات الزنك واليود إلكتروليت مائي، مما يمنحها ميزة عدم وجود مخاطر للاشتعال، لكن اليود المتعدد يمكن أن يخترق غشاء البطارية ويؤدي إلى تسرب، مما يؤدي إلى تدهور الأداء، وهو ما يعرف بتأثير الانتقال. للتغلب على هذه المشكلة، أدخل فريق البحث مادة بوليمرية قائمة على السيكلوديكسترين المستخرجة من النشا، والتي تتميز بتكلفتها المنخفضة وقابليتها للتحلل البيولوجي. تُستخدم السيكلوديكسترين على نطاق واسع في صناعة مستحضرات التجميل والأغذية، حيث يتمتع هيكلها الجزيئي بخصائص محبة للماء من الخارج وكارهة للماء من الداخل. قام فريق البحث بتصميمها كهيكل قفص جزيئي، قادر على التقاط وإطلاق اليود المتعدد حسب الحاجة، مما يقضي على مشكلة التسرب من الجذور.
شحن كامل في سبع دقائق وعمر دورة يصل إلى 60,000 مرة
وفقًا للبيانات التي نشرها فريق البحث، فإن جهد تشغيل هذه البطارية يتراوح بين 1.3 إلى 1.4 فولت، ويمكنها تحقيق سعة إخراج تبلغ 200 مللي أمبير ساعة لكل جرام في حالة الشحن الكامل خلال 7 دقائق؛ وإذا تم تعديل سعة الهدف إلى 150 مللي أمبير ساعة لكل جرام، فإنها تحتاج فقط إلى 3 دقائق لإكمال الشحن السريع، ويمكن أن تصل عدد دورات الشحن والتفريغ إلى 60,000 مرة. تظهر بيانات البحث أن معدل تدهور كل دورة من هذه البطارية لا يتجاوز 0.0001% إلى 0.0003%، مما يجعل الفقدان منخفضًا للغاية، مما يمكنها من إكمال أكثر من 60,000 دورة شحن وتفريغ، مما يوفر خيارًا تقنيًا جذابًا لتطبيقات تخزين الطاقة على نطاق واسع.
| البند | المواصفات |
|---|---|
| نوع الإلكتروليت | مائي (نظام أيونات الزنك واليود) |
| جهد التشغيل | 1.3 – 1.4 فولت |
| سعة الإخراج | 200 مللي أمبير ساعة/جرام (شحن كامل في 7 دقائق) |
| شحن سريع | 3 دقائق (هدف 150 مللي أمبير ساعة/جرام) |
| عمر الدورة | أكثر من 60,000 مرة |
| معدل تدهور كل دورة | 0.0001% – 0.0003% |
| المواد الأساسية | بوليمر قائم على السيكلوديكسترين (مستخرج من النشا، قابل للتحلل البيولوجي) |