مادة مضافة صغيرة تساعد على تشغيل البطارية ذات الأساس المائي لمدة 2800 ساعة بسعة قياسية
طور باحثون في كوريا الجنوبية مادة مضافة جديدة تعمل على تحسين عمر وقدرة البطاريات المائية بشكل كبير، وهي تقنية يُنظر إليها على نطاق واسع على أنها بديل أكثر أمانًا وأقل تكلفة لبطاريات الليثيوم أيون. وجد الفريق، بقيادة البروفيسور هوسوك بارك من جامعة سونغكيونكوان (SKKU)، أن إضافة كمية صغيرة من مادة زويتيريونية مصممة خصيصًا إلى المنحل بالكهرباء ساعدت في التغلب على المشكلات الرئيسية التي حدت لفترة طويلة من تسويق أنظمة البطاريات المائية. على عكس بطاريات الليثيوم أيون، تستخدم البطاريات المائية إلكتروليتات مائية، مما يجعلها أقل قابلية للاشتعال وأكثر صداقة للبيئة وربما أرخص في التصنيع. ومع ذلك، فقد تم إعاقة أدائها بسبب ترسب الزنك غير المستقر والتفاعلات غير المرغوب فيها بين أقطاب الزنك والماء أثناء الشحن والتفريغ. يمكن أن تؤدي هذه المشكلات إلى التآكل، وتراكم المعادن بشكل غير متساوٍ، وفقدان سريع للسعة، مما يقلل من عمر البطارية ويحد من النشر على نطاق واسع. مادة مضافة صغيرة، تأثير كبير لمعالجة المشكلة، طور الباحثون مادة مضافة زويتيريونية تعرف باسم C10. تحتوي Zwitterions على شحنات موجبة وسالبة داخل نفس الجزيء، مما يسمح لها بالتفاعل مع الأيونات المحيطة بطرق فريدة. عند إضافتها إلى المنحل بالكهرباء، تتجمع جزيئات C10 تلقائيًا في هياكل نانوية يبلغ قطرها حوالي 3.77 نانومتر. خدمت هذه الهياكل وظيفتين في وقت واحد. أولاً، قاموا بتوجيه أيونات الزنك لترسيبها بشكل أكثر توازنًا عبر سطح القطب، مما يقلل من تكوين هياكل الزنك غير المنتظمة التي يمكن أن تلحق الضرر بالبطاريات. ثانيًا، قاموا بتشكيل طبقة واقية رقيقة فوق معدن الزنك، مما يحميه من الاتصال المباشر بالماء ويحد من التفاعلات الجانبية المسببة للتآكل. أنتج التأثير المشترك مكاسب كبيرة في الأداء. حافظت البطاريات المائية التي تستخدم المنحل بالكهرباء المعدل على التشغيل المستقر لأكثر من 2800 ساعة. وحققت الخلايا أيضًا سعة مساحة قدرها 8.10 مللي أمبير سم ⁻²، والتي وصفها الباحثون بالأداء الرائد عالميًا بين أنظمة البطاريات المائية التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن. “لقد أثبتنا أن أداء البطاريات المائية يمكن تحسينه بشكل كبير من خلال نهج بسيط يتمثل في إضافة كمية صغيرة من المواد إلى المنحل بالكهرباء، دون الحاجة إلى مواد باهظة الثمن أو عمليات تصنيع معقدة.” أنظمة التخزين المستهدفة لقد كان تحسين عمر الدورة وسعة التخزين تحديًا طويل الأمد لمطوري البطاريات المائية. قامت العديد من الأساليب السابقة بتحسين مقياس واحد على حساب الآخر. يبدو أن استراتيجية الإلكتروليت الجديدة تعالج كلتا القضيتين في وقت واحد مع تجنب تغييرات التصنيع المكلفة. ويعتقد الباحثون أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون مفيدة لتطبيقات تخزين الطاقة واسعة النطاق، حيث تعتبر السلامة والتكلفة والمتانة عوامل حاسمة. “إلى جانب تخزين الطاقة المتجددة، تتمتع هذه التكنولوجيا بإمكانية التطبيق في أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق (ESS) للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات، التي تشهد نموًا هائلاً.” ومن المتوقع أن يرتفع الطلب على تخزين الطاقة جنبًا إلى جنب مع التوسع في توليد الطاقة المتجددة والنمو السريع للبنية التحتية لحوسبة الذكاء الاصطناعي، وكلاهما يتطلب أساليب موثوقة لتخزين وتوزيع الكهرباء. ونظرًا لأن النهج الجديد يعتمد على تعديل بسيط للكهارل بدلاً من إعادة تصميم بنية البطارية، فقد يوفر مسارًا عمليًا نحو تحسين الجدوى التجارية لأنظمة البطاريات المائية.
تم النشر: 2026-06-10 21:14:00
