تعرّف على البطارية المثالية، وكيف بإمكانها أن تغير حياتنا

تخيل أن هاتفك الذكي يعمل لأيامٍ بدلاً من الساعات؟ إن ذلك ممكن من الناحية النظرية.

من الناحية النظرية، يمكن اعتبار الليثيوم والأكسجين المكونين الأساسيين لبطارية قريبة من البطارية المثالية. ولكن لسوء الحظ، أدت محاولات بنائها في المختبرات تحت التجربة إلى فقدان الطاقة بشكل سريع. ويقترح بحث جديد الإجابة عن هذه المشكلة، ولكن مع بعض التعديلات.

هناك حاجة كبيرة إلى توفير طرقٍ أفضل لتخزين الكهرباء، سواء لأهداف صغيرة كإعادة شحن هاتفك أو كبيرة كتشغيل أضواء مدينة في الليل. والحاجة هي أم الاختراع، لذا تم اكتشاف العشرات من التقنيات اللازمة لسد الحاجة.

إن توليفات الليثيوم والأكسجين هي التركيبة المثالية على العديد من المقاييس: فهي قادرة نظرياً على تخزين خمسة أضعاف كمية الشحن لكل بطارية من بطاريات الليثيوم-أيون التي تهيمن الآن على السوق الصغيرة إلى المتوسطة. كما أن الليثيوم والأكسجين خفيفان إلى حد يجعل تركيبتهما تضاهي أي بديل عن الوزن، وهو أمر مهم للاستخدامات المحمولة.

تكمن المشكلة في احتياج هذه البطاريات إلى أقطاب كهربائية، وأن أنودات (الأقطاب الموجبة) أكسيد الليثيوم قد تحلل الإلكتروليتات وتسبب تآكل الكاثودات (الأقطاب السالبة) المخبرية بسرعة كبيرة جداً مقارنة مع استخدامات هذه البطاريات في السوق.

حيث تعتقد البروفيسورة (ليندا نزار) من جامعة واترلو في كندا أن الإجابة عن هذا السؤال تكمن في الابتعاد عن بيروكسيد الليثيوم (Li2O2) وأكسيد الليثيوم (LiO2) واستخدام البديل الآخر، ألا وهو أكسيد الليثيوم (Li2O).

حيث أوضحت البروفسورة (نزار) في مجلة (ساينس) قائلة: “من خلال مقارنة بسيطة بين بيروكسيد الكربون وفوق أكسيد الكربون، فإن أكسيد الليثيوم (Li2O) أقل فعالية كيميائية مع المذيبات العضوية”.

لقد خطر هذه الفكرة ببال الناس من قبل، ولكن البطاريات على ما يبدو قد رفضت التأقلم، وقامت بإنتاج بيروكسيد الليثيوم عند تفريغها بدلاً من إنتاج شيء أقل ضرراً.

واتضح للبروفسورة (نزار) أن درجة حرارة الغرفة تساعد في إنتاج ببروكسيد الليثيوم، لذا قامت بتشغيل بطارية عند 150 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت). لم تعمل البطارية بكفاءة فحسب، بل كانت فعالة بنسبة 100٪ تقريباً من حيث نسبة التفريغ إلى الشحن.

ولكن الحفاظ على درجة حرارة مماثلة سيؤثر بشكل كبير على مدى استعمال البطاريات، فلا يرغب أحد بحمل شيء ساخن إلى هذه الدرجة في جيبه! وبالتأكيد لن ترغب في استعمال حاسوبك الشخصي إن كان حاراً إلى هذه الدرجة.

وبغض النظر عن المشكلة السابقة، فإن بطارية البروفسورة (نزار) ليست سوى نموذجاً مخبرياً، وستواجه بلا شك جميع المصاعب التقليدية إن كانت في طريقها إلى العالم الفعلي.

ولكن استخدام بطارية (نزار) لن يكون محدوداً، وخاصة في مجال السيارات نتيجة الطاقة الهائلة التي تكتنزها البطارية مقارنة مع بطاريات الليثيوم-ايون العادية. كما صُنع القطب السالب (الكاثود) الذي تم اختباره من مادة النيكل، والنيكل معدن متوفرٌ بشدة، مما يحل مشكلة محتوى الكوبالت في البطاريات العادية والذي أصبح سعره مرتفعاً جداً.

المصدر