- إنضم
- 1 أكتوبر 2022
- المشاركات
- 1,150
- التفاعل
- الدولة
بطارية الأكسجين أيون.. ابتكار جديد بعُمر أطول ومواد لا تحترق
خيار أمثل لتخزين الكهرباء المولدة من الطاقة المتجددة
محمد عبد السند
2023-04-100
بطارية الأكسجين-أيونبطارية الأكسجين-أيون –الصورة من إنوفيشن أوريجنز
تبرز بطارية الأكسجين أيون -التي ابتكرها العلماء مؤخرًا- بصفتها حلًا لمعضلة سعة تخزين الكهرباء التي تتناقص مع مرور الوقت في بطاريات الليثيوم أيون.
لكن التقنية الجديدة لا تتيح كثافة عالية للتيار الكهربائي، التي تُعدّ ميزة بارزة في نظيراتها من بطاريات الليثيوم أيون.
في المقابل، ورغم شيوع استعمال بطاريات الليثيوم أيون في الوقت الحالي بتقنيات عديدة، من السيارات الكهربائية إلى الهواتف الذكية، فإن هذا لا يعني كونها الخيار الأمثل في تلك التطبيقات، إذ قد يصاحب استعمالها بعض المشكلات.
ومن هذا المنطلق، طوّرت نخبة من الباحثين في جامعة فيينا للتكنولوجيا بطارية الأكسجين أيون التي تتيح بعض المزايا المهمة، حسبما أورد موقع "إنوفيشن أوريجنز" Innovaton Origins.
مزايا عديدة
رغم أن بطارية الأكسجين أيون لا تتيح كثافة تيار كهربائي عالية مثل نظيرتها بطارية الليثيوم أيون، فإن سعتها التخزينية لا تقلّ بمرور الوقت، ويمكن تجديدها، ومن ثم فقد يساعد ذلك على إطالة عمرها الوظيفي، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.
وعلاوة على ذلك، يمكن إنتاج بطارية الأكسجين أيون دون الحاجة لعناصر نادرة، كما أنها مُصنّعة من مواد غير قابلة للاحتراق.
ويمكن أن تبرز بطارية الأكسجين أيون حلًا ممتازًا لأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة، ومن ذلك -على سبيل المثال- تخزين الطاقة الكهربائية المولّدة من المصادر المتجددة.
الخزف حل ابتكاري
قال أحد أعضاء فريق البحث الذي طوّر بطارية الأكسجين أيون، أليكسندر سكميد: "كان لدينا تجارب كثيرة مع المواد المصنوعة من الخزف التي يمكن أن تُستعمَل لخلايا الوقود بعضَ الوقت".
بطارية الأكسجين أيون
بطارية أكسجين أيون - الصورة من popularmechanics
وأوضح سكميد: "هذا منحَنا فكرة التحري حول ما إذا كانت تلك المواد مناسبة لتصنيع بطارية".
ويمكن لتلك المواد الخزفية التي درسها الباحثون أن تمتص وتطلق أيونات الأكسجين سالبة الشحنة المزدوجة.
وعند تطبيق جهد كهربائي، تنتقل أيونات الأكسجين من مادة خزفية إلى أخرى، ثم يمكن حثّ تلك الأيونات على الانتقال مرة أخرى، ليتولد عنها تيار كهربائي.
وقال الأستاذ في جامعة فيينا للتكنولوجيا يورغن فليغ: "الفكرة الأساسية تتشابه حقًا مع بطاريات الليثيوم أيون".
وأوضح فليغ: "لكن المواد التي نستعملها لها بعض الخصائص المهمة".
حرائق البطاريات مُستبعدة
قال يورغن فليغ: "الخزف ليس مادة قابلة للاشتعال، ومن ثم فليس هناك فرص لاندلاع حوادث الحرائق التي تقع بين الحين والآخر في بطاريات الليثيوم أيون".
وعلاوة على ذلك، لا توجد حاجة لاستعمال عناصر نادرة باهظة التكاليف، أو حتى يمكن استخراجها بطريقة ضارة بالبيئة.
وقال العضو في فريق البحث توبياس هوبر: "في هذا السياق، تتيح المواد الخزفية ميزة كبيرة؛ لأنه يمكن مواءمتها جيدًا".
وأوضح هوبر: "بمقدورك أن تجد بدائل سهلة نسبيًا لعناصر معينة يصعب الحصول عليها".
ومازال النموذج الأولي للبطارية يستعمل عنصر اللانثانوم الكيميائي الذي -وإن كان غير نادر- ليس شائعًا جدًا في الوقت ذاته.
لكن يمكن استبدال عنصر أرخص بعنصر اللانثانو ، وبالفعل ما تزال الأبحاث جارية في تلك الجزئية.
وفي بطاريات الأكسجين أيون، لا يُستعمل معدنا الكوبالت أو النيكل على الإطلاق، رغم استعمالهما في العديد من البطاريات.
بطارية الأكسجين-أيون
بطارية ليثيوم أيون – الصورة من adafruit
عُمر وظيفي طويل
لعل الميزة الأكثر أهمية في بطارية الأكسجين أيون هي عمرها الوظيفي الطويل المحتمل.
وفي هذا الصدد، قال أحد أعضاء فريق البحث الذي طوّر بطارية الأكسجين أيون، أليكسندر سكميد: "في بطاريات عديدة، تواجه مشكلة حينما لا تقدر حاملات الشحنات الكهربائية -مثل الإلكترونات والبروتونات والأيونات- على التحرك".
وواصل: "وحينئذ لا تكون البطارية صالحة لتوليد الكهرباء".
مع ذلك يمكن إعادة تجديد البطارية دون أدنى مشكلة؛ لأنه حين يُفقد الأكسجين نتيجة تفاعلات جانبية، فإنه يمكن تعويض هذا الفقد بغاز الأكسجين من الهواء المحيط.
خيار مثالي لتخزين الكهرباء
لم تُصمم البطارية الجديدة -خصوصًا- للاستعمال في الهواتف الذكية أو السيارات الكهربائية، لأن بطارية الأكسجين أيون تُحقق فقط نحو ثُلث كثافة الكهرباء التي اعتاد عليها المرء من بطاريات الليثيوم أيون، كما أنها تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 200 و400 درجة مئوية.
ومع ذلك تبدو التقنية الجديدة ذات جدوى كبيرة لتخزين الكهرباء.
وقال سكميد: "إذا كنت تحتاج وحدة كبيرة لتخزين الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، على سبيل المثال، تبرز بطارية الأكسجين أيون حلًا مثاليًا".
وأوضح: "إذا كنت تشيّد مبنى كاملًا مليئًا بوحدات تخزين الطاقة -على سبيل المثال- فإن كثافة الطاقة المنخفضة ودرجات حرارة التشغيل المتزايدة لا تساعد في هذا الخصوص".
وأتمَّ: "لكن نقاط القوة في بطاريتنا ستكون مهمة هنا، مع العمر الوظيفي الطويل، وإمكان إنتاج كميات كبيرة من تلك المواد دون الحاجة لعناصر نادرة، إضافة إلى ضمان عدم اشتعال حرائق في البطارية".
attaqa.net
خيار أمثل لتخزين الكهرباء المولدة من الطاقة المتجددة
محمد عبد السند
2023-04-100
بطارية الأكسجين-أيونبطارية الأكسجين-أيون –الصورة من إنوفيشن أوريجنز
تبرز بطارية الأكسجين أيون -التي ابتكرها العلماء مؤخرًا- بصفتها حلًا لمعضلة سعة تخزين الكهرباء التي تتناقص مع مرور الوقت في بطاريات الليثيوم أيون.
لكن التقنية الجديدة لا تتيح كثافة عالية للتيار الكهربائي، التي تُعدّ ميزة بارزة في نظيراتها من بطاريات الليثيوم أيون.
في المقابل، ورغم شيوع استعمال بطاريات الليثيوم أيون في الوقت الحالي بتقنيات عديدة، من السيارات الكهربائية إلى الهواتف الذكية، فإن هذا لا يعني كونها الخيار الأمثل في تلك التطبيقات، إذ قد يصاحب استعمالها بعض المشكلات.
ومن هذا المنطلق، طوّرت نخبة من الباحثين في جامعة فيينا للتكنولوجيا بطارية الأكسجين أيون التي تتيح بعض المزايا المهمة، حسبما أورد موقع "إنوفيشن أوريجنز" Innovaton Origins.
مزايا عديدة
رغم أن بطارية الأكسجين أيون لا تتيح كثافة تيار كهربائي عالية مثل نظيرتها بطارية الليثيوم أيون، فإن سعتها التخزينية لا تقلّ بمرور الوقت، ويمكن تجديدها، ومن ثم فقد يساعد ذلك على إطالة عمرها الوظيفي، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.
وعلاوة على ذلك، يمكن إنتاج بطارية الأكسجين أيون دون الحاجة لعناصر نادرة، كما أنها مُصنّعة من مواد غير قابلة للاحتراق.
ويمكن أن تبرز بطارية الأكسجين أيون حلًا ممتازًا لأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة، ومن ذلك -على سبيل المثال- تخزين الطاقة الكهربائية المولّدة من المصادر المتجددة.
الخزف حل ابتكاري
قال أحد أعضاء فريق البحث الذي طوّر بطارية الأكسجين أيون، أليكسندر سكميد: "كان لدينا تجارب كثيرة مع المواد المصنوعة من الخزف التي يمكن أن تُستعمَل لخلايا الوقود بعضَ الوقت".
بطارية الأكسجين أيون
بطارية أكسجين أيون - الصورة من popularmechanics
وأوضح سكميد: "هذا منحَنا فكرة التحري حول ما إذا كانت تلك المواد مناسبة لتصنيع بطارية".
ويمكن لتلك المواد الخزفية التي درسها الباحثون أن تمتص وتطلق أيونات الأكسجين سالبة الشحنة المزدوجة.
وعند تطبيق جهد كهربائي، تنتقل أيونات الأكسجين من مادة خزفية إلى أخرى، ثم يمكن حثّ تلك الأيونات على الانتقال مرة أخرى، ليتولد عنها تيار كهربائي.
وقال الأستاذ في جامعة فيينا للتكنولوجيا يورغن فليغ: "الفكرة الأساسية تتشابه حقًا مع بطاريات الليثيوم أيون".
وأوضح فليغ: "لكن المواد التي نستعملها لها بعض الخصائص المهمة".
حرائق البطاريات مُستبعدة
قال يورغن فليغ: "الخزف ليس مادة قابلة للاشتعال، ومن ثم فليس هناك فرص لاندلاع حوادث الحرائق التي تقع بين الحين والآخر في بطاريات الليثيوم أيون".
وعلاوة على ذلك، لا توجد حاجة لاستعمال عناصر نادرة باهظة التكاليف، أو حتى يمكن استخراجها بطريقة ضارة بالبيئة.
وقال العضو في فريق البحث توبياس هوبر: "في هذا السياق، تتيح المواد الخزفية ميزة كبيرة؛ لأنه يمكن مواءمتها جيدًا".
وأوضح هوبر: "بمقدورك أن تجد بدائل سهلة نسبيًا لعناصر معينة يصعب الحصول عليها".
ومازال النموذج الأولي للبطارية يستعمل عنصر اللانثانوم الكيميائي الذي -وإن كان غير نادر- ليس شائعًا جدًا في الوقت ذاته.
لكن يمكن استبدال عنصر أرخص بعنصر اللانثانو ، وبالفعل ما تزال الأبحاث جارية في تلك الجزئية.
وفي بطاريات الأكسجين أيون، لا يُستعمل معدنا الكوبالت أو النيكل على الإطلاق، رغم استعمالهما في العديد من البطاريات.
بطارية الأكسجين-أيون
بطارية ليثيوم أيون – الصورة من adafruit
عُمر وظيفي طويل
لعل الميزة الأكثر أهمية في بطارية الأكسجين أيون هي عمرها الوظيفي الطويل المحتمل.
وفي هذا الصدد، قال أحد أعضاء فريق البحث الذي طوّر بطارية الأكسجين أيون، أليكسندر سكميد: "في بطاريات عديدة، تواجه مشكلة حينما لا تقدر حاملات الشحنات الكهربائية -مثل الإلكترونات والبروتونات والأيونات- على التحرك".
وواصل: "وحينئذ لا تكون البطارية صالحة لتوليد الكهرباء".
مع ذلك يمكن إعادة تجديد البطارية دون أدنى مشكلة؛ لأنه حين يُفقد الأكسجين نتيجة تفاعلات جانبية، فإنه يمكن تعويض هذا الفقد بغاز الأكسجين من الهواء المحيط.
خيار مثالي لتخزين الكهرباء
لم تُصمم البطارية الجديدة -خصوصًا- للاستعمال في الهواتف الذكية أو السيارات الكهربائية، لأن بطارية الأكسجين أيون تُحقق فقط نحو ثُلث كثافة الكهرباء التي اعتاد عليها المرء من بطاريات الليثيوم أيون، كما أنها تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 200 و400 درجة مئوية.
ومع ذلك تبدو التقنية الجديدة ذات جدوى كبيرة لتخزين الكهرباء.
وقال سكميد: "إذا كنت تحتاج وحدة كبيرة لتخزين الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، على سبيل المثال، تبرز بطارية الأكسجين أيون حلًا مثاليًا".
وأوضح: "إذا كنت تشيّد مبنى كاملًا مليئًا بوحدات تخزين الطاقة -على سبيل المثال- فإن كثافة الطاقة المنخفضة ودرجات حرارة التشغيل المتزايدة لا تساعد في هذا الخصوص".
وأتمَّ: "لكن نقاط القوة في بطاريتنا ستكون مهمة هنا، مع العمر الوظيفي الطويل، وإمكان إنتاج كميات كبيرة من تلك المواد دون الحاجة لعناصر نادرة، إضافة إلى ضمان عدم اشتعال حرائق في البطارية".
بطارية الأكسجين أيون.. ابتكار جديد بعُمر أطول ومواد لا تحترق - الطاقة
تبرز بطارية الأكسجين أيون -التي ابتكرها العلماء مؤخرًا- بصفتها حلًا لمعضلة سعة تخزين الكهرباء التي تتناقص مع مرور الوقت في بطاريات الليثيوم أيون.
attaqa.net
