يتصور جيمي جيانغ الكيميائي في جامعة سينسيناتي مستقبلًا يتم فيه تشغيل كل منزل بالطاقة المتجددة المخزنة في بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال منخفضة التكلفة والأكثر أمانًا.

وصف جيمي جيانغ وفريقه تصميمهم الجديد في مجلة نيتشر كميونيكيشنز (Nature Communications).

لقد ابتكروا بطارية جديدة يمكن أن يكون لها آثار عميقة على تخزين الطاقة على نطاق واسع والتي تحتاجها مزارع الرياح والطاقة الشمسية. يتصور جيانغ مستقبلًا يتم فيه تشغيل كل منزل بالطاقة المتجددة المخزنة في البطاريات.

وأشار جيانغ إلى أن الابتكارات مثل جامعة كاليفورنيا سيكون لها آثار عميقة على الطاقة الخضراء. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة المتجددة عند الحاجة إليها، وليس فقط عند إنتاجها. وقال إن هذا أمر بالغ الأهمية لتحقيق أقصى استفادة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

وبالمقارنة، تحتوي بطاريات السيارات الحمضية الرصاصية التقليدية على مزيج من حمض الكبريتيك والماء. وعلى الرغم من أنها غير مكلفة ومصنوعة من مواد متاحة بسهولة، إلا أنها تنطوي على عيوب شديدة للاستخدام الصناعي أو على نطاق واسع. تتميز بكثافة طاقة منخفضة جدًا، وهي غير مفيدة لتخزين أي ميغاوات من الطاقة اللازمة لتشغيل المدينة.

والأهم من ذلك أن لديهم عتبة منخفضة للاستقرار الكهروكيميائي. وقال جيانغ أن هذا يعني أنهم يمكن أن ينفجروا. وأضاف: “الماء له حد الجهد. وبمجرد أن يتجاوز جهد البطارية المائية نافذة الاستقرار البالغة 1.5 فولت، يمكن أن يتحلل الماء أو ينقسم إلى هيدروجين وأكسجين، مما قد يسفر عن انفجار”.

لذلك قام جيانغ وطلابه بتطوير بطارية بدون ماء يمكنها توليد ما يقرب من 4 فولت من الطاقة. وأشار إلى أن تصميم جيانغ الجديد يقوم بذلك دون وجود فاصل غشائي، وهو من بين أغلى الأجزاء في هذا النوع من البطاريات.

قال جيانغ: “الأغشية باهظة الثمن للغاية. لقد طورنا نوعًا جديدًا من مواد تخزين الطاقة التي تعمل على تحسين الأداء بتكلفة أقل”. وأضاف أن الأغشية أيضًا غير فعالة، وقال: “لا يمكنها الفصل بين الجوانب الإيجابية والسلبية بشكل كامل، سيكون هناك دائمًا تقاطع”.

قدمت المجموعة طلبات براءة اختراع مؤقتة.

وقال جيانغ: “لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه”. لكنه قال إننا نتجه نحو ثورة البطاريات في العشرين سنة القادمة. مضيفًا: “أنا واثق من ذلك. هناك الكثير من الأبحاث المكثفة التي تهدف إلى تجاوز حدود أداء البطارية”.

إن طلابه متحمسون بنفس القدر. قال رابين سيواكوتي طالب الدكتوراه والمؤلف المشارك في الدراسة إن البطارية توفر كثافة طاقة أعلى. وقال: “حتى البطارية الصغيرة يمكن أن تمنحك المزيد من الطاقة”.

وأضاف المؤلف المشارك وطالب الدكتوراه جاك ماكغراث: “لقد تمكنا من إزالة الغشاء الموجود في البطارية، وهو مكون ضخم من التكاليف الأولية. حيث يمثل ما يصل إلى 30% من تكلفة البطارية”.

وقال المؤلف المشارك سوماليا سينها الأستاذ الزائر بجامعة كاليفورنيا إن الدول تتسابق لتطوير بطاريات أرخص وأكثر كفاءة. وقال: “هذا التصميم يقلل بشكل كبير من تكاليف المواد. نحن نحاول تحقيق نفس الأداء بتكلفة أرخص” .

من بين المساهمين الآخرين راجيف غوتام المؤلف الرئيسي وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، وطالب الدكتوراه شياو وانغ، وخريج الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا أمير لاشغاري.

اقرأ أيضًا فنلندا تقيد الوصول إلى البنية التحتية للغاز الطبيعي المسال بعد الاشتباه في تخريب خط الأنابيب

المصدر: أويل برايس