سولارابيك، الولايات المتحدة الأمريكية- 12 أبريل 2025: كشف باحثون في جامعة ماريلاند (UMD) عن اختراق علمي كبير في تكنولوجيا البطاريات المائية قد يعيد تشكيل مستقبل تخزين الطاقة. يتيح نظام الكهرليتات المبتكر الذي طوره الفريق، بقيادة البروفيسور وانغ تشون شنغ، للبطاريات الحفاظ على أداء مستقر لأكثر من 2000 دورة شحن وتفريغ، وهو مقياس مهم للمتانة طويلة الأمد. تعمل هذه البطاريات ضمن نطاق جهد تشغيل غير مسبوق للكهرليتات المائية يتراوح بين 0.0 و 4.9 فولط، متغلبةً بذلك على حد جهد الاختزال البالغ 1.3 فولط الذي قيد تاريخيًا أداء هذا النوع من البطاريات. يفتح هذا الإنجاز الباب لتطوير أجهزة طاقة مائية عالية الكثافة للطاقة، مما قد يسد الفجوة التقنية بين بطاريات الرصاص الحمضية وهيدريد النيكل والمعدن التجارية المستخدمة حاليًا، وبطاريات أيون الليثيوم اللامائية المتقدمة المهيمنة على السوق.
سر الابتكار: كهرليتات ثنائية الطبقة وحاملات أيونية متقدمة تضمن الأمان والاستدامة
يعتمد الابتكار على تطوير كهرليتات ثنائية الطبقة مائية/عضوية فريدة من نوعها وخالية من الأغشية. أوضح شيو تشانغ، باحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول للدراسة، أن الفريق نجح في تقليل مقاومة السطح البيني والامتزاج غير المرغوب فيه بين الطورين المائي والعضوي للكهرليت. وقد تحقق ذلك عبر إضافة “حاملات أيونية فائقة الألفة لليثيوم” (Super-lithophilic ionophores)، وتحديدًا مركبي 12-كراون-4 (12C4) وتيتراغلايم (G4). تعمل هذه الحاملات على تكوين مجموعات نانوية مع أيونات الليثيوم في كلا الطورين، مما يسهل عبور الأيونات عبر السطح البيني ويتغلب على مشكلة المقاومة العالية والامتزاج ثنائي الطور التي أعاقت التصاميم السابقة. تتميز هذه التقنية الجديدة بأمانها المتأصل وطبيعتها الصديقة للبيئة بفضل استخدام الماء كمكون أساسي، متجاوزةً تحدي نافذة الاستقرار الكهروكيميائي الضيقة التي كانت تحد من جهد التشغيل وبالتالي كثافة الطاقة في البطاريات المائية التقليدية.
آفاق واعدة: من الطيران الكهربائي إلى تخزين الطاقة واستخلاص الليثيوم
يرى الباحثون في جامعة ماريلاند إمكانات تطبيقية هائلة لهذه التقنية الثورية. تمتد هذه التطبيقات المحتملة من قطاع الطيران الكهربائي الناشئ، الذي يتطلب بطاريات آمنة وعالية الطاقة، إلى حلول تخزين الطاقة الشبكي واسع النطاق والضروري لدعم مصادر الطاقة المتجددة منخفضة الكربون. يلمح الباحثون أيضًا إلى إمكانية استخدام هذه التقنية في عمليات استخلاص الليثيوم، وهو معدن حاسم للبطاريات، مباشرة من مياه البحر. تتجاوز هذه التقنية بوضوح قيود الجيل السابق من كهرليت “ماء في ملح” المائية، التي كانت توفر نافذة استقرار محدودة عند 3.0 فولط فقط ولم تكن متوافقة بشكل مثالي مع مصاعد الليثيوم المعدني أو الجرافيت عالية الطاقة. كما شكل عدم تطابق الجهد هذا عائقًا رئيسيًا أمام زيادة كثافة طاقة البطاريات المائية، وهو التحدي الذي يبدو أن هذا الابتكار الجديد قد تغلب عليه بنجاح.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: umd
image source: umd
