Sorry, you need to enable JavaScript to visit this website.

اختراق علمي في بطاريات الكبريت قد يرسم مستقبل الطائرات والقطارات والسيارات الكهربائية

السر يكمن في الاعتماد على مركب "ليثيوم- كبريت" بدل "ليثيوم- أيون"

مع بطاريات الكبريت يختصر زمن إعادة شحن البطارية التي تدوم طويلا أيضا (غيتي)

تبين أنه قد يكون ممكناً استبدال تركيبة كيماوية جديدة تماماً في بطاريات "ليثيوم- أيون" Lithium-ion batteries التي تشغل معظم الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية، ما سيساعد تلك الأجهزة على العمل بكفاءة أكبر.

وحاضراً، تستخدم تلك البطارية المعيارية ["ليثيوم- أيون] في مجموعة متنوعة من الأجهزة تشمل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والساعات الذكية والسجائر الإلكترونية، بيد أن تلك البطاريات عاجزة ببساطة عن مواكبة التطور الذي تشهده التكنولوجيا الاستهلاكية.

في أوقات سابقة، أشار علماء إلى بطاريات "ليثيوم- كبريت" كبديل محتمل للبطاريات المعمول بها راهناً، ولكن اتضح أن تراكم المركبين الكيماويين "كبريتيد الليثيوم" lithium sulfide  و"بولي سلفيد الليثيوم" lithium polysulfide يؤدي في نهاية المطاف إلى تدهور أداء البطارية، بمعنى حدوث تراجع دائم في كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها، أو مقدار الطاقة التي يمكن أن توفرها.

وتحمل تلك المشكلة المعروفة جداً تسمية "التنقل المستمر لبولي السلفيد". إذ تتضمن تنقل مواد تستطيع نقل الكهرباء بسبب احتوائها على أيونات، جيئة وذهاباً بين طرفي البطارية.

وفي المقابل، تتميز بطاريات الكبريت بأنها أرخص كثيراً، وقد تشكل حلاً لمشكلة حياة البطارية، شرط أن يتوصل العلماء إلى طريقة للحد من مسألة تنقل المواد الحاملة للأيونات.

ووفق علماء من "معهد جوانجغو للتكنولوجيا" Gwangju Institute of Technology GIST في كوريا الجنوبية، يكمن الحل في إيجاد عامل محفز catalyst (مادة كيماوية تسرع التفاعل الكيماوي من دون أن تصير جزءاً منه، وبالتالي فإنها لا تستهلك)، من شأنه أن يوقف عملية التدهور التي تتعرض لها بطاريات "ليثيوم- كبريت" أثناء استخدامها.

واستطراداً، أوضح البروفيسور جايونغ لي أنه "أثناء البحث عن محفز كهربائي جديد في بطاريات الليثيوم- الكبريت، تذكرنا دراسة سابقة أجريناها باستخدام مادة "أوكساليت كوبالت" CoC2O4 التي وجدنا أن الأيونات التي تحمل شحنة كهربائية سلبية، تتراكم على سطحها بسهولة أثناء عملية التحليل الكهربائي electrolysis.

وأضاف، "شكل ذلك حافزاً لنا لاقتراح افتراض مفاده أن مادة "أوكساليت كوبالت" ستظهر سلوكاً مشابهاً مع الكبريت في بطاريات "ليثيوم- كبريت" أيضاً". وتالياً، بغية اختبار فرضيتهم تلك، صنع العلماء بطارية "ليثيوم- كبريت" من طريق إضافة طبقة من "أوكساليت كوبالت" إلى الكبريت في الطرف الذي يحمل الشحنة الكهربائية السلبية [يسمى "كاثود" Cathode]. [تتضمن عملية التحليل الكهربائي وجود طرفين أحدهما تكون شحنته سلبية، والآخر إيجابية].

اقرأ المزيد

يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field)

وفي النتيجة، وجد العلماء أن العامل المحفز استطاع أن يمتص الكبريت، ويتيح وجود كبريتيد الليثيوم الصلب مع كبريتيد الليثيوم السائل. وكذلك منع ذلك الامتصاص بطارية الليثيوم- الكبريت من تفريغ ما تحتويه من كهرباء، ما يعني تحسين عمر البطارية وأدائها وتخزينها الطاقة.

وأخيراً، خلص البروفيسور لي إلى اقتراح مفاده أن البطاريات الجديدة يمكن أن "تفسح في المجال أمام وسائل نقل كهربائية تتسم بالكفاءة، كالطائرات من دون طيار والحافلات الكهربائية والشاحنات والقاطرات، إضافة إلى توفير أجهزة تستطيع تخزين كميات كبيرة من الطاقة".

وتذكيراً، ليس "معهد جوانجغو للتكنولوجيا" الذي نشرت بحوثه في مجلة "كم سوس كيم" ChemSusChem ، المنظمة الأكاديمية الوحيدة المنخرطة في تجارب ضمن ذلك المضمار.

إذ ابتكرت "جامعة موناش" في أستراليا بطارية من نوع "ليثيوم- كبريت"، يبدو أنها تستطيع تشغيل الهاتف لمدة خمسة أيام متواصلة، أو السماح لمركبة كهربائية بالسفر مسافة تتعدى الألف كيلومتر من دون الحاجة إلى إعادة الشحن.

وفي 2017، ابتكر العلماء في "مختبر "بيركلي" الأميركي أيضاً طريقة لاستبدال أعشاب بحرية بالكبريت الموجود في البطاريات، وخلصوا إلى أنها ستكون قادرة على إطالة عمر البطاريات.

يعزا ذلك إلى أنه، بحسب مجلة "ويرد"، يمكن استخدام الأعشاب البحرية كمادة رابطة بهدف الحفاظ على المواد النشطة مترابطة معاً، أثناء تفاعلها مع الكبريت ما يحول دون ذوبانه.

في تعليق على تلك المعطيات، لفت عالم البطاريات جاو ليو إلى أن "الطلب على تخزين الطاقة كبير، لكن لا يتوفر سوى نزر يسير من مواد كيماوية تلائم التكلفة المستهدفة".

وأضاف ليو، "الكبريت مادة بخسة الثمن، بل إنها شبه مجانية. وقدرتها على توليد الطاقة أعلى كثيراً بالمقارنة مع "ليثيوم- أيون". لذا، فإن "ليثيوم-الكبريت" تشكل مادة كيماوية واحدة قادرة على تحقيق الهدف المنشود".

© The Independent