الأحشاء البشرية قد تساعد بمضاعفة تخزين طاقة البطاريات

الاستيحاء من تصميم موثوق

كشف باحثون من جامعة كامبريدج، في ورقة بحثية منشورة في مجلة Advanced Functional Materials، عن بطارية ليثيوم-كبريت قاموا بتصميمها بالاعتماد على بطانة الأحشاء الدقيقة للإنسان. وأوضحوا أنه يمكن للبطارية الجديدة تخزين خمسة أضعاف الطاقة التي تخزنها بطارية شوارد الليثيوم العادية.

تعمل بطارية شوارد الليثيوم عن طريق حركة شوارد الليثيوم إيجابية الشحنة ذهاباً وإياباً عبر المصعد (القطب الموجب)، والوسط الناقل، والمهبط (القطب السالب). يتحدد مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية عادة بالبنية البلورية للأقطاب. حيث يمكن للأقطاب الكربونية لبطارية شوارد الليثيوم أن تحمل ستة شوارد ليثيوم فقط، مما يحد من سِعَتِها.

بطارية شوارد الليثيوم التقليدية. حقوق الصورة: الجمعية الملكية للكيمياء/ م. سيفو إسلام و كريج. أ. ج. فيشر

غير أن بطارية الليثيوم والكبريت تسلك سلوكاً مختلفاً، وذلك عبر "آلية نقل متعددة الإلكترونات"، والتي تعني أنه من الناحية النظرية، يمكن لبطارية الليثيوم-كبريت أن تتفوق في السعة على بطارية شوارد الليثيوم بكثير.

ولكن، عندما يتفاعل الليثيوم والكبريت أثناء تفريغ البطارية، يتحول الكبريت إلى كبريتيدات (sulphides) متعددة شبيهة بالسلاسل، والتي قد تدخل الوسط الناقل أثناء عملية الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى فقدان البطارية لمادتها الفعالة.

بطاريات ذات سعة أعلى

يعتمد التصميم الجديد على طبقة من أسلاك أوكسيد الزنك النانوية، والتي يتم مراكمتها على منصة فوق المصعد. ويكون للبنية الناتجة نفس تركيب الزغابات (النتوءات الصغيرة) المعوية الموجودة في الأمعاء الدقيقة، وهي قادرة على احتجاز الكبريتيدات المتعددة. مما يحافظ على إمكانية التفاعل الكهربائي الكيميائي لهذه المواد، ويسمح بإعادة استخدامها.

غير أن لهذه البطارية بعض المحدوديات أيضاً. فهي غير قادرة في الواقع على منافسة بطارية شوارد الليثيوم من حيث دورات الشحن. ولكن قد نستطيع أن نعزو هذا للكثافة الطاقية الأعلى في بطارية الليثيوم-كبريت، والتي قد تؤدي إلى زمن أطول بين فترات الشحن.

ما زال التصميم مجرد برهان على صحة المبدأ، ولكن إذا أصبح متوافراً تجارياً، فقد يفتح الباب أمام حقبة جديدة من البطاريات عالية السعة.

يقول الدكتور بول كوكسون من قسم علوم المواد والمعادن، ومؤلف مشارك في الدراسة: "نحن مرتبطون بشدة بأجهزتنا الإلكترونية. وفي نهاية المطاف، نحن نحاول فقط أن نجعلها تعمل بشكل أفضل، على أمل أن تجعل حياتنا أجمل بقليل".