ثورة في تخزين الطاقة.. اكتشاف سعودي يطيل عمر البطاريات 10 مرات
كشف فريق بحثي من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية بالمملكة العربية السعودية عن طريقة جديدة لتخزين الطاقة تطيل عمر البطاريات المائية لعشرة أضعاف ما يحدث ثورة عالمية في تخزين الطاقة.
ووجد الباحثون سبباً جزيئياً حاسماً يمنع البطاريات المائية القابلة لإعادة الشحن من أن تصبح خياراً أكثر أمانًا واقتصادًا لتخزين الطاقة المستدامة، وتكشف نتائجهم، المنشورة في مجلة “ساينس أدفانسز”، كيف يؤثر الماء سلباً على عمر البطارية وأدائها، وكيف أن إضافة أملاح بأسعار معقولة – مثل كبريتات الزنك – يخفف من هذه المشكلة، بل ويزيد من عمر البطارية وفق موقع ديلي جالاكسي.
يُعدّ الأنود أحد العوامل الرئيسية التي تُحدد عمر البطارية، سواءً أكانت مائية أم لا. تُولّد التفاعلات الكيميائية عند الأنود طاقة البطارية وتُخزّنها. إلا أن التفاعلات الكيميائية الطفيلية تُؤدي إلى تدهور الأنود، مما يُؤثر سلباً على عمر البطارية.
وتُظهر الدراسة الجديدة كيف تساهم المياه الحرة في هذه التفاعلات الطفيلية وكيف تعمل كبريتات الزنك على تقليل كمية المياه الحرة في البطارية.
وقال البروفيسور حسام الشريف، رئيس مركز التميز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (CREST)، والباحث الرئيسي الذي يقود الدراسة: “تسلط نتائجنا الضوء على أهمية بنية الماء في كيمياء البطاريات، وهي نقطة رئيسية تم تجاهلها سابقًا”.
ما هو الماء الحر؟
الماء الحر هو جزيئات الماء التي لا ترتبط بقوة مع جزيئات أخرى. تسمح هذه الحالة للماء الحر بالتفاعل مع جزيئات أكثر من المعتاد، مما يُحفز تفاعلات غير مرغوب فيها تستهلك الطاقة وتُعرّض القطب الموجب للخطر.
وتبين أن الكبريتات تعمل على تثبيت روابط الماء الحر، وتعمل كما وصفه فريق جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية بـ “غراء الماء”، لتغيير ديناميكيات جزيئات الماء مما يقلل من عدد التفاعلات الطفيلية.
وفي حين أن الجزء الأكبر من التجارب التي أجراها باحثو جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية أجريت على بطاريات تستخدم كبريتات الزنك، فقد أظهرت الأبحاث المبكرة أن الكبريتات لها نفس التأثير على أنودات المعادن الأخرى، مما يشير إلى أن إدراج أملاح الكبريتات في تصميم البطارية يمكن أن يكون حلاً عالمياً لإطالة عمر جميع البطاريات المائية.
أما يونباي تشو، الباحث في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية فيرى أن “أملاح الكبريتات رخيصة ومتوفرة على نطاق واسع ومستقرة كيميائياً، مما يجعل حلولنا قابلة للتطبيق علمياً واقتصادياً”.
تحظى البطاريات المائية باهتمام عالمي كبير كحل مستدام لتخزين الطاقة على نطاق واسع، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم السوق 10 مليارات دولار بحلول عام 2030. وعلى عكس بطاريات الليثيوم، التي تُستخدم غالبًا في المركبات الكهربائية، توفر البطاريات المائية خياراً أكثر أماناً واستدامة لدمج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية في الشبكات الكهربائية.
