لعقود من الزمان، جلس الفلورايد على هامش المنافسة المحتملة لبطاريات الليثيوم أيون، ولولا متطلبات الحرارة العالية للفلوريد (حوالي 150 درجة مئوية) لكان متقدمًا على الليثيوم أيون، أما الآن فيبدو أن الأمور على وشك التغير في مجال صناعة البطاريات.
يقول “روبرت جروبز Robert Grubbs” (الباحث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، والمشهور بفوزه بجائزة نوبل في الكيمياء عام 2005): “تمتلك بطاريات الفلوريد كثافة طاقة أعلى، مما يعني أنها قد تدوم لفترة أطول تصل إلى ثمان مرات أطول من البطاريات المستخدمة حاليًا”.
هذا يعني أنك ستصبح قادرًا على شحن هاتفك الذكي مرة واحدة أسبوعيًا، عوضًا عن شحنه مرة واحدة يوميًا. وإذا كنت من هواة المركبات الفضائية، فهذا يعني إمكانية تخزين طاقة أكبر في خلية أصغر.
تستخدم التقنية الكهروكيميائية -التي توفر الطاقة للأجهزة الذكية- أيونات الليثيوم الموجبة “Li2 +” كنوع من المكبس الكيميائي لسحب شحنة كهربائية عبر الدائرة.
وعند اكتمال الشحن، يشغل مورد من الكاتيونات أنود البطارية، ثم بمجرد إغلاق الدائرة، تتصاعد الأيونات إلى الكاثود وتنتج تيارًا يقوم بكل العمل الهام. أما لإعادة ضبط الخلية، فكل ما هو مطلوب هو الجهد لدفع مكبس الليثيوم مرة أخرى.
ويمكن لهذا المكبس العمل في الاتجاه المعاكس كذلك، إذ يمكن للأيونات السالبة مثل الفلوريد (F-) خلق الجهد اللازم لجذب الإلكترونات عبر الموصل.
وقد وُجد أنه يمكن للأيونات السالبة تحقيق نتائج أفضل بفضل انخفاض نسبة عدد الشحنات للأيون الواحد.
يقول “سايمون جونز Simon Jones” (الباحث في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة “ناسا”): “لصنع بطارية تدوم لفترة أطول، فأنت بحاجة إلى نقل عدد أكبر من الشحنات، ولأنه من الصعب نقل أيون موجب معدني مشحون بعدة شحنات، فيمكن تحقيق نتيجة مماثلة عن طريق تحريك العديد من الأنيونات السالبة المشحونة بشحنة واحدة، والتي تنتقل بطريقة أسهل نسبيًا.”
الفرق يشبه إلى حد ما إرسال نادل في مطعم مع صينية من المشروبات، قد يبدو إرسال أحد النادلِين الذي يحمل صينية من المشروبات أكثر كفاءة، ولكن إرسال نادلَيْن رشيقين يحمل كل منهما مشروبًا ويتحرك بخفة بين الطاولات سيكون عملًا أكفأ وأسرع.
على هذا النحو، يمكن للتكنولوجيا القائمة على الأنيونات الصغيرة أن تقدم نظريًا بطارية أفضل. ونظرًا إلى كتلة الفلوريد الذرية المنخفضة، فقد جذب الانتباه كمرشح مناسب لصنع هذا النوع من البطاريات منذ سبعينيات القرن العشرين.
يقول “جروبز Grubbs”: “الفلورايد يمكن أن يمثل تحديًا في العمل، بسبب قابليته الشديدة للتفاعل والتآكل”.
هذا لا يعني أنه لم ينجح أحد في صناعة بطارية أيون الفلوريد. لكن الأيونات جزء من بنية صلبة، والتي لا تسمح لها بالتحرك بسهولة، ليس في درجة حرارة الغرفة على الأقل.
فقد راهن باحثون من معهد “كالتك Caltech” للعلوم على محلول كهربائي يُسمى bis (2,2,2-trifluoroethyl) ether أو BTFE اختصارًا.
وبعد إعطاء المحلول النتائج المرجوة بالسماح لأنيونات الفلوريد بالتحرك بين الأقطاب الكهربائية في درجة حرارة الغرفة، صنع الباحثون عدة نماذج لإيجاد طرق جديدة لتحسين أدائه مع بعض الإضافات.
إذ توصل الباحثون إلى صيغة نهائية مستقرة، ذات توصيل عالٍ، وقدرة على العمل بفرق واسع من الجهود (الفولتيات).
وقد وجد الباحثون أنه من الممكن صنع بطارية تعتمد على الأنيونات، ويمكن إعادة شحنها وتفريغها دون الحاجة إلى التسخين، وذلك عن طريق إضافة ثلاثي فلوريد النحاس اللانثاني (Copper-Lanthanum trifluoride) إلى المحلول.
ويقول “جونز Jones”: “مازلنا في المراحل الأولى من التطوير، ولكن هذه أول بطارية فلوريد قابلة لإعادة الشحن وتعمل في درجة حرارة الغرفة”.
لذلك، قد نحتاج إلى الانتظار أكثر قليلًا؛ حتى نستطيع شحن هاتفنا الذكي مرة واحدة أسبوعيًا .
كتابة: شيماء وصفي
مراجعة: سمية عبدالقوي
تصميم: امنية عبدالفتاح
تحرير: شدوى محمود
