بطارية مائية تحتفظ بأدائها بعد 60 ألف دورة شحن سريعة

نجح باحثون في إطالة عمر خلية تجريبية تعتمد على الزنك واليود، وهي بطارية تستخدم محلولا مائيا بدلا من السوائل العضوية القابلة للاشتعال في كثير من بطاريات الليثيوم. السر لم يكن في تغيير المعدنين، بل في منع مركبات اليود النشطة من الهروب بعيدا عن القطب.

الرقم الأهم
تجاوزت الخلية 60 ألف دورة مخبرية بسعة 150 ملي أمبير ساعة لكل غرام وزمن شحن يقارب ثلاث دقائق.

كيف منعت المادة الجديدة تسرب اليود؟

تواجه بطاريات الزنك واليود مشكلة تسمى انتقال متعددات اليوديد. تذوب هذه المركبات في السائل وتتحرك بعيدا عن القطب الموجب، فتفقد الخلية مادة نشطة وقد يتآكل قطب الزنك مع تكرار الاستخدام.

صنع الفريق شبكة بوليمرية من السيكلودكسترين (Cyclodextrin)، وهو جزيء سكري حلقي يمكن أن يعمل كتجويف صغير يحتجز مركبات اليود. قوة الارتباط كانت متوسطة، لذلك بقيت المركبات قريبة من القطب من دون تعطيل تفاعل الشحن والتفريغ.

دعمت التجارب والمحاكاة الحاسوبية تفسير الآلية. وصل التخزين ثنائي الإلكترون إلى نحو 205 ملي أمبير ساعة لكل غرام، بينما بلغ التخزين رباعي الإلكترون 365 ملي أمبير ساعة لكل غرام في أفضل ظروف الاختبار المعلنة.

لماذا لا يكفي رقم 60 ألف دورة وحده؟

تغير الأداء بحسب سرعة الشحن. حققت الخلية الرقم الأكبر عند شحن سريع مدته ثلاث دقائق وسعة 150 ملي أمبير ساعة لكل غرام، بينما قدم الشحن خلال سبع دقائق نحو 200 ملي أمبير ساعة لكل غرام على امتداد 8 آلاف دورة وبجهد بين 1.3 و1.4 فولت.

هذا الفرق مهم عند مقارنة النتائج. سبق أن عرضت نيوتقنية كيف اختصر الذكاء الاصطناعي قائمة مواد بطارية صوديوم قبل اختبارها فعليا، كما شرحت لماذا لا يحول الشحن خلال دقائق خلية مخبرية تلقائيا إلى بطارية تجارية.

ما الذي سيحدد قيمة البطارية فعليا؟

يقول فريق جامعة فلندرز إنه يعمل مع شركاء صناعيين على منصة للنماذج الأولية. الاختبار الحاسم التالي يحتاج إلى خلايا أكبر بتحميل واقعي من اليود وكمية محدودة من السائل، ثم تشغيلها في درجات حرارة ومعدلات شحن متفاوتة.

إذا احتفظ البوليمر بوظيفته بعد التكبير، فقد يناسب تخزين الكهرباء الثابت حيث تتقدم السلامة والعمر والتكلفة على خفة الوزن. أما الآن، فالنتيجة تثبت تحمل خلية مضبوطة داخل المختبر، ولا تصف بطارية جاهزة للعمل بجوار محطة شمسية.