طور العلماء مادة جديدة واعدة تستخدم في تصميم البطاريات. وقالوا إنه يعمل بطريقة مشابهة للصابون في إزالة الشحوم والأوساخ والجراثيم.

حيث قالت دراسة حديثة نشرت في مجلة Nature Materials إن الإلكتروليتات المحلية عالية التركيز يمكن أن تكون القطعة المفقودة التي تفتح الباب بالكامل لبناء بطاريات تدوم لفترة أطول.

قد يكمن مفتاح البطاريات طويلة الأمد في فهم كيفية تخلص الصابون من الأوساخ. إنها تشكل هياكل صغيرة تسمى المذيلات التي تعمل كجسر بين الماء وما يتم تنظيفه عن طريق لفها في هياكل صغيرة.

وقال علماء من جامعة براون إن عملية مماثلة تحدث في إلكتروليتات موضعية عالية التركيز توصف بأنها واحدة من أكثر المواد الواعدة لتصميم البطاريات.

تعتبر الإلكتروليتات أساسية في عملية تخزين الطاقة لأنها تسمح للشحنة الكهربائية بالمرور بين طرفي البطارية وهذا يثير التفاعل الكيميائي اللازم لتحويل الطاقة الكيميائية المخزنة إلى كهرباء.

حيث تتمتع البطاريات المصنوعة من معدن الليثيوم بقدرة تخزين طاقة أكبر من بطاريات الليثيوم أيون الحالية.

لكن الباحثين أوضحوا أن الإلكتروليتات المستخدمة عادة لتشغيل بطاريات الليثيوم أيون لا تفعل ذلك بشكل فعال في البطاريات المعدنية.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة يو تشي من جامعة براون: "الصورة الكبيرة هي أننا نريد تحسين وزيادة كثافة الطاقة للبطاريات وهذا يعني مقدار الطاقة التي تخزنها في كل دورة وعدد الدورات التي تدومها البطارية".

وذكر "للقيام بذلك يجب استبدال المواد الموجودة داخل البطاريات التقليدية لجعل البطاريات طويلة العمر التي تخزن المزيد من الطاقة حقيقة واقعة و فكر في البطاريات التي يمكنها تشغيل الهاتف لمدة أسبوع أو أكثرأو السيارات الكهربائية التي تسير لمسافة 500 ميل".

تُصنع إلكتروليتات بطاريات الليثيوم أيون من ملح منخفض التركيز مذاب في مذيب سائل. ومع ذلك يتم إنشاء النوع الجديد من الإلكتروليتات عن طريق خلط تركيزات عالية من الملح في مذيب مع سائل آخر يسمى المخفف. وقال العلماء إن هذا يجعل تدفق الإلكتروليت أفضل حتى يمكن الحفاظ على طاقة البطارية. كما وجدوا أيضًا وظائف المنحل بالكهرباء مثل الصابون.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة بن لي من جامعة أوك ريدج: "تقدم الورقة نظرية موحدة حول سبب عمل هذا المنحل بالكهرباء بشكل أفضل وجاء الفهم الرئيسي لها من خلال اكتشاف أن هياكل تشبه المذيلة تتشكل داخل هذا المنحل بالكهرباء كما تفعل مع الصابون".

وأوضح الدكتور لي: "هنا نرى أن دور الصابون أو المادة الخافضة للتوتر السطحي يلعبها المذيب الذي يربط كل من المادة المخففة والملح ويلتف حول الملح عالي التركيز في وسط المذيلة". وأثناء الاختبارات المعملية أظهر هذا النوع من الإلكتروليت نتائج واعدة إلا أن كيفية عمله ظلت بعيدة المنال.
ومع ذلك فقد ساعد الفهم الجديد العلماء على تطوير التركيزات الصحيحة اللازمة لتحقيق التفاعلات المثلى للبطاريات.

وقال الدكتور تشي: "قد يكون مفهوم المذيلة جديداً بالنسبة للإلكتروليت ولكنه في الواقع شائع جدًا في حياتنا اليومية".

وقال الباحثون إن هذا الفهم الجديد يمكن أن يؤدي إلى إدخال توازن مناسب بين مكونات البطارية الثلاثة ويساعد أيضًا في إطالة عمر بطاريات الليثيوم المعدنية.

المصدر الاندبندنت

ترجمة راما قادوس