تطوير بطاريات صوديوم أيونية تنافس البطاريات التقليدية

بدأ باحثون من مختلف أنحاء العالم باستثمار وفرة الصوديوم وانخفاض سعره مقارنة بالليثيوم لتصنيع جيل جديد من البطاريات القابلة لإعادة الشحن بجودة عالية؛ ما يدعم استخدام الطاقات المتجددة لتوليد الكهرباء، ويعزز الانتقال لاستخدام السيارات الكهربائية.

ولكن تطوير بطاريات الصوديوم الأيونية تأخر من الناحية التجارية عن بطاريات الليثيوم الأيونية، بسبب صعوبة صنع قطب موجب مستقر.

والكربون الصلب حاليا هو المادة الأكثر استخداما في بطاريات الصوديوم الأيونية، لكن مشكلته تكمن في عدم استقراره، إذ تتراكم الشوارد المتحللة على سطحه؛ ما يقلل كثيرا من سعة الشحن.

وللتغلب على تلك المعضلة، طور باحثون في جامعة ساوث تشاينا نورمال الصينية مادة لتغطية أقطاب الكربون الصلب، قادرة على زيادة استقراره، ومن ثم زيادة سعة الشحن بنسبة 52% بعد 100 دورة، ونشروا بحثهم في مجلة نانو ريسيرتش العلمية.

وقالت الأستاذة الدكتورة ليدان شينغ، المؤلفة المشاركة في الدراسة، إن "الاهتمام ببطاريات الصوديوم الأيونية ازداد في الأعوام الأخيرة، ولكن احتواءها على أقطاب الكربون الصلب غير المستقر، منعها من الانتشار تجاريا وصناعيا، وكان البحث في مواد الشوارد الموافقة للكربون الصلب ضعيفا"؛ وفقا لموقع يوريكاآليرت.

وازدادت سعة الشحن من 0 إلى 68% عندما استخدم الباحثون المادة الإضافية الجديدة بعد 500 دورة، بالمقارنة مع البطاريات التقليدية؛ ما يمثل تحسنا لافتا قد يغير من مسار صناعة البطاريات مستقبلا.

ولتحسين أداء البطاريات الأيونية، اعتمدت المحاولات السابقة على إضافة طبقة من النيتروجين إلى الكربون الصلب، أو تشكيل قطب موجب جديد من الليغنين المكربن المعاد إنشاؤه، ولم تقترب المحاولات السابقة من تحقيق ما أنجزه فريق شينغ.

وأشارت شينغ إلى أن المادة الجديدة أظهرت قدرة على إطالة مدة أداء الدورة الواحدة في البطاريات المعتمدة على الكربون الصلب؛ ما يفسح المجال أمام ابتكار تصميمات جديدة للمواد المحسنة من استقرار الكربون الصلب.

وقالت شينغ "نسعى مستقبلا إلى متابعة تطوير أداء البطاريات وإطالة دوراتها من أجل تحقيق استخدام البطاريات الصوديوم أيونية تجاريا".

ويندرج البحث الجديد ضمن سلسلة جهود بحثية عالمية تهدف إلى إيجاد نوع جديد من البطاريات، أخف وزنا وأطول عمرا وأكثر أمانا فضلا عن تطوير قدرتها على الشحن السريع، مقارنة ببطاريات الليثيوم الأيونية المستخدمة حاليا في الحواسيب المحمولة والهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية.