سولارابيك، فرنسا- 11 مايو 2025: كشف فريق بحثي مُشترك من فرنسا وإسبانيا عن مادة أسمنتية ثورية لا تكتفي بدعم الهياكل الإنشائية للمباني فحسب، بل تعمل كبطارية عملاقة قابلة لإعادة الشحن، ما يبشر بعصر جديد تصبح فيه جدران منازلنا ومكاتبنا مصادر فعالة لتخزين وتزويد الطاقة. يُقدم هذا الابتكار، الذي يعتمد على مادة الميتاكاولين، وهي ألومينوسيليكات اصطناعي مُشتق من طين الكاولينيت، حلاً يجمع بين المتانة الإنشائية والناقلية الأيونية اللازمة لعمل البطاريات.
تركيبة فريدة وقدرات تخزين واعدة
قاد الدكتور فاديم م. كوفرجين، الأستاذ المساعد المتخصص في تخزين الطاقة بجامعة بوردو، جهود الفريق البحثي بالتعاون مع جامعة إقليم الباسك، حيث ركزت الدراسة على تحويل الميتاكاولين، وهو مركب ألومينوسيليكات اصطناعي غير متبلور يُنتج بتسخين طين الكاولينيت، إلى مادة وظيفية قادرة على تخزين الطاقة. يُخلط هذا المركب عالي التفاعل مع محلول تنشيط مُصمم بدقة ليُشكل معجون جيوبوليمر متين. تُزرع بعد ذلك أقطاب من الزنك (Zn) وثاني أوكسيد المنغنيز (MnO2) داخل هذا المعجون، ليتحول إلى بطارية صلبة عالية الأداء. استطاع هذا النظام المبتكر تحقيق سعة تخزين للطاقة تُقدر بحوالي 3.3 واط-ساعة لكل لتر، ما يمثل تقدمًا ملموسًا نحو دمج أنظمة الطاقة مباشرةً ضمن مواد البناء الأساسية. وأكد كوفرجين أن هذا الابتكار يتخطى مفهوم البطارية التقليدية، معتبرًا إياه “مفهومًا ماديًا جديدًا، حيث لا تقف البنية التحتية جامدة، بل تُساهم بفعالية في النظام البيئي للطاقة.”
مزايا كهروكيميائية وتحديات قائمة
يتميز هذا النهج الجيوبوليمري بكونه أكثر استدامة مقارنة بأسمنت بورتلاند التقليدي، المُكون الرئيسي للخرسانة، والذي تُجرى عليه أبحاث لتخزين الحرارة ولكنه يُنتج انبعاثات كربونية عالية. يُتيح الابتكار الجديد تخزين الطاقة الكهروكيميائية بدلًا من الحرارية، ما يجعله أكثر كفاءة بشكل كبير. تتغلب مصفوفة الميتاكاولين، ببيئتها الحمضية الخفيفة، على إحدى العقبات الرئيسية في البطاريات الأسمنتية السابقة، وذلك بمنع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها التي تُضعف قابلية إعادة الشحن. فبينما تُكوّن الأنظمة القلوية التقليدية مركبات غير قابلة للذوبان مثل زنكات الكالسيوم، مما يحد من إعادة الشحن، يحافظ التصميم الجديد على الزنك في حالته الأيونية، معززًا الكفاءة عبر عمليات طلاء وتعرية قابلة للعكس، وهو ما يسمح بإعادة شحن النظام بالكامل. ومع ذلك، أشار الباحثون إلى أن تطور غاز الهيدروجين لا يزال يُمثل تحديًا جوهريًا، إذ يؤدي إلى تكوين كبريتات الزنك سداسية الماء، ما يُلحق الضرر بالسطح البيني بين القطب الكهربائي والكهرليت، ويُسبب تشقق الجيوبوليمر مع مرور الوقت، مهددًا أداء البطارية على المدى الطويل.
نحو تطبيقات عملية: تصميم معياري وتحسينات مستقبلية
طرح الباحثون، في سياق دمج الهندسة المعمارية مع حلول الطاقة، تصميمًا معياريًا كحل لمواجهة تحدي تطور الهيدروجين، حيث تُدمج مكونات البطارية في أقسام ذات طبقات أو حجيرات منفصلة. يسمح هذا التصميم بإجراء عمليات الصيانة والاستبدال بسهولة أكبر دون التأثير على السلامة الهيكلية للمادة الإنشائية. وفي غضون ذلك، لُوحظ فقدان كبير للماء بعد 40 يومًا من عملية المعالجة، ما سلط الضوء على أهمية التحكم في سلوك الإماهة والتجفيف، وهي عوامل حاسمة لضمان متانة مادة الجيوبوليمر. أدى هذا الجفاف إلى انخفاض ملحوظ في الاستقرار الكهروكيميائي، مما يشير إلى أن مستويات الإماهة ضرورية للحفاظ على ناقلية كافية. ونظرًا لأن زيادة محتوى الماء قد تُضعف القوة الميكانيكية للمادة، سيتطلب كل من تكوين الجيوبوليمر وعملية معالجته مزيدًا من البحث والتطوير والتحسين، لجعل هذه التقنية المبتكرة أكثر جدوى وقابلية للتطبيق في مشاريع البناء على أرض الواقع.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
