بطاريات الزنك أيون المائية صديقة البيئة.. عُمر أطول وسعر أرخص
محمد عبد السند
تبرز بطاريات الزنك أيون المائية الجديدة –على ما يبدو- بديلًا لبطاريات الليثيوم أيون مرتفعة التكلفة المُستعملة على نطاق واسع في السيارات الكهربائية، نظرًا لرخص ثمنها، وكفاءتها الوظيفية العالية.
وتتّسم البطارية الجديدة –أيضًا- بدرجة عالية من الأمان، تفوق نظيرتها بطارية الليثيون أيون القابلة للاشتعال.
ومن هذا المنطلق، يحتاج العالم إلى بطاريات رخيصة وقوية قادرة على تخزين الكهرباء المُستدامة المولّدة من ضوء الشمس أو بالرياح، حتى يتسنى استعمالها عند الحاجة، حتى خلال الظلام أو في وقت انعدام الرياح، حسبما ذكر موقع "تيك إكسبلور".
وتعدّ بطاريات الليثيوم أيون النوع الأكثر شيوعًا في الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية، غير أن هذا النوع من البطاريات باهظ التكلفة؛ نظرًا لارتفاع الطلب على معدن الليثيوم، كما أن تلك البطاريات قابلة للاشتعال، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.
وأمام هذه السلبيات تقدّم بطاريات الزنك أيون المائية بديلًا واعدًا لبطاريات الليثيوم أيون، وهذا ما أثبته فريق دولي من الباحثين بقيادة جامعة زيوريخ السويسرية.
واستحدث الباحثون إستراتيجية تمزج مجموعة من التطورات الأساسية في تقنية بطاريات الزنك أيون المائية؛ ما يجعلها أكثر قوة، وأمانًا، وأكثر صداقة للبيئة.
ميزات عدة
تتّسم البطاريات الجديدة بعدد من المميزات، مثل توافر معدن الزنك، والتكلفة الرخيصة، إلى جانب توافر البنية التحتية اللازمة لإعادة التدوير.
وعلاوة على ذلك، تستطيع بطاريات الزنك أيون المائية تخزين الكثير من الكهرباء، والأهم من ذلك أنها لا تتطلب -بالضرورة- استعمال المواد المذيبة العضوية شديدة الاشتعال، مثل سائل الإلكتروليت، إذ يمكن تصنيعها باستعمال الإليكتروليتات المائية.
وعند شحن بطاريات الزنك الجديدة بجهد عالٍ، تتفاعل المياه في سائل الإليكتروليت على أحد الأقطاب لتكوين غاز الهيدروجين.
وعندما يحدث هذا، يتناقص سائل الإليكتروليت، ويقلّ أداء البطارية بالتبعية.
وعلاوة على ذلك، يتسبب هذا التفاعل في تزايد الضغط داخل البطارية؛ ما يمكن أن يمثّل خطورة على البطارية.
وهناك مُعضلة أخرى تتمثل في تكوين رواسب شائكة من الزنك خلال شحن البطارية، يمكن أن تخترق البطارية، وفي أسوأ الحالات، تتسبب في حصول ماس كهربائي، وتجعل البطارية غير صالحة للاستعمال.
الأملاح تجعل البطارية سامّة
في السنوات الأخيرة، دأب المهندسون على إثراء السائل المنحل بالكهرباء بالأملاح؛ بهدف الحفاظ على محتوى الماء عند أقلّ مستوى ممكن.
لكن هناك مساوئ أخرى مقترنة بتلك الطريقة؛ فهي تجعل السائل المنحل بالكهرباء لزجًا، ما يُبطئ عمليتي شحن وتفريغ البطارية بدرجة كبيرة.
وعلاوة على ذلك، تحتوي الكثير من الأملاح المستعملة على مركب الفلورين الكيميائي؛ ما يجعلها سامّة وضارة بالبيئة.
وانضمت أستاذة نظم الطاقة الكهروكيميائية في جامعة زيوريخ ماريا لوكاتسكايا إلى فريق الباحثين المنتمين لمؤسسات بحثية عديدة في الولايات المتحدة الأميركية وسويسرا، للبحث المنهجي عن تركيز الملح المثالي لبطاريات الزنك أيون المائية.
واعتمد الباحثون على التجارب المدعومة بالحاسوب في إثبات حقيقة مفادها أن تركيز الملح المنخفض نسبيًا – يتراوح من 5 إلى 10 جزيئات مياه لكل أيون موجب الشحنة من الملح- هو التركيز المثالي، وليست التركيز العالي، كما كان يُزعم في السابق.
أداء أطول وشحن أسرع
لم يستعمل الباحثون أيّ أملاح ضارة بالبيئة في إدخال تحسينات على بطاريات الزنك أيون المائية، ولكنهم استعملوا –بدلًا من ذلك- أملاح حمض الأسيتيك (حمض الخليك) صديقة البيئة.
وفي هذا الصدد، قال طالب الدكتوراه والمشرف على الدراسة داريو غوميز فازكويز: "من خلال التركيز المثالي لحمض الأسيتيك، تمكّنّا من تقليل استنفاد الإليكتروليت، ومنع تكوّن رواسب الزنك الشائكة، تمامًا كما فعل علماء آخرون بالتركيزات العالية من الأملاح السامة".
وأضاف فازكويز: "وعبر هذا النهج، يمكن شحن البطاريات الجديدة وتفريغ شحنتها بدرجة أسرع بكثير".
موضوعات متعلقة..
- تصنيع السيارات الكهربائية يشهد تقنية جديدة لتبريد بطاريات الليثيوم أيون
- بطاريات السيارات الكهربائية تشهد تطورات مثيرة لتجنب الحرائق
- استخدامات متعددة.. كيف يؤدي معدن الزنك دورًا مهمًا في تحول الطاقة؟
اقرأ أيضًا..
- أكبر مشروع لنقل الكهرباء في أوروبا.. أبرز المعلومات والأرقام (إنفوغرافيك)
- مصفاة البترول الأردنية.. قصة منشأة لتكرير النفط منذ الخمسينيات (تقرير)
- خبير أوابك: صادرات الغاز المسال الروسية تفجر مفاجأة في الربع الأول من 2023
