يحوي المفهوم الجديد لبطارية الألومنيوم ضعف كثافة الطاقة في الإصدارات السابقة، حيث يتكون من مواد وفيرة، وقد يؤدي إلى انخفاض كلًا من تكاليف الإنتاج والتأثير على البيئة.
قام باحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا “Chalmers University of Technology” في السويد، والمعهد الوطني للكيمياء “the National Institute of Chemistry” في جمهورية سوليفينيا (دولة تقع في أوروبا الوسطى)، بطرح فكرة لإمكانية عمل تطبيقات واسعة النطاق، بما في ذلك تخزين كلًا من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
يُوفر استخدام تكنولوجيا بطاريات الألومنيوم العديد من المزايا؛ ككثافة الطاقة العالية، وحقيقة وجود صناعة قائمة بالفعل لتصنيعها وإعادة تدويرها.
وبالمُقارنة مع بطاريات اللليثيوم أيون، فإنَّ المفهوم الجديد قد يُؤدي إلى انخفاض ملحوظ في تكاليف الإنتاج.
يقول باتريك يوهانسون “Patrik Johansson” أستاذ علم الفيزياء في جامعة تشالمرز: “إنَّ كلًا من تكاليف المواد والتأثيرات البيئية التي نتصورها للمفهوم الجديد أقل بكثير مما نراه اليوم، مما يجعلها قابلة للاستخدام على نطاق واسع، مثل حدائق الخلايا الشمسية أو تخزين طاقة الرياح، بالإضافة إلى احتواء مفهوم بطاريتنا الجديد على ضعف كثافة الطاقة مُقارنة ببطاريات الألومنيوم التي نفتخر بها اليوم”.
تمَّ استخدام الألومنيوم كـأنود (القطب السالب [-]) في الإصدرات السابقة من بطاريات الألومنيوم، والجرافيت كـكاثود (القطب الموجب [+])، ولكن الجرافيت يمد البطارية بمُحتوى طاقة ضئيل جدًا، لإنشاء خلايا ذات أداء كافٍ للبطارية لتكون مُفيدة.
قام باتريك يوهانسون من جامعة تشالمرز مع مجموعة بحثية في ليوبليانا “Ljubljana” (عاصمة سلوفينيا)، وذلك بقيادة روبرت دومنيكو “Robert Dominko” بتقديم مفهوم جديد، فقد قام باستبدال الجرافيت بكاثود عضوي ذي بنية نانوية، ومصنوع من جزيء الكربون القائم على الأنثراكينون (وهو مركب عضوي عطري مُشتق من الأنثراسين).
ثُمَّ جاء بعد ذلك جان بيتينك “Jan Bitenc”، باحث سابق في جامعة تشالمرز ومن المجموعة البحثية في المعهد الوطني للكيمياء في سلوفينيا، وقام بتطوير كاثود الأنثراكينون على نطاق واسع، وميزة هذا الجزيء العضوي في مادة الكاثود هي قدرته على تخزين ناقلات الشحنة المُوجبة من الإلكتروليت (المحلول الكهربائي)، وهو المحل الذي تتحرك فيه الأيونات بين الأقطاب الكهربائية، مما يجعل كثافة الطاقة أعلى في البطارية.
يقول نيكولاس ليندال “Niklas Lindahl”، وهو باحث في جامعة تشالمرز يدرس الآليات الداخلية التي تحكم تخزين الطاقة: “إنَّ مادة الكاثود الجديدة تجعل من المُمكن استخدام حوامل للشحنات أكثر مُلائمة، مما يجعل البطاريات تستفيد بشكل أفضل من إمكانيات بطاريات الألومنيوم، حيث أننا نُواصل العمل الآن بالبحث عن إلكتروليت أفضل، فالإصدار الحالي يحتوي على الكلور، ولكننا نُريد التخلص منه”.
لا يُوجد بطاريات ألومنيوم مُتوفرة تجاريًا حتى الآن، وحتى في عالم الأبحاث فإنها تُعد جديدة نسبيًا، ولكن السؤال هنا هو: هل يُمكن أنْ تحل بطاريات الألومنيوم في النهاية محل بطاريات الليثيوم أيون؟
أجاب باتريك يوهانسون: “بالطبع، نحن نأمل أنْ تحل بطاريات الألومنيوم محل الليثيوم أيون، ولكن قبل كل شيء، يُمكن أنْ يكونوا مُتكاملين؛ أي لا يُمكن استخدام بطاريات الليثيوم أيون إلا عند الضرورة القصوى، وحتى الآن تُعتبر طاقة بطاريات الألومنيوم نصف كثافة طاقة بطاريات اللليثيوم أيون، ولكن هدفنا على المدى البعيد هو تحقيق نفس كثافة الطاقة هذه، حيث يتبقى عمل يتعلق بالإلكتروليت، وتطوير آليات شحن أفضل، ولكن الألومنيوم من حيث المبدأ حامل شحنات أفضل من الليثيوم، وذلك لأنه مُتعدد التكافؤ، مما يعني أنَّ كل أيون “يُكافيء” عدة إلكترونات، بالإضافة إلى أنَّ البطاريات لديها القدرة على أنْ تكون أقل ضررًا للبيئة بشكل كبير.
كتابة: ميار محسن
مراجعة: دينا عادل
تحرير: أسماء مالك
تصميم: عاصم عبد المجيد
