بطاريات روسية جديدة يمكن شحنها أسرع بـ 10 مرات من بطاريات أيون الليثيوم الاعتيادية

ولكن في حين أن هذه البطاريات الكيميائية المنتشرة في كل مكان، والتي حازت على جائزة نوبل بالفعل، قد غيرت الطريقة التي نستخدم بها ونشحن التكنولوجيا المحمولة بشكل جذري، فإن بطاريات أيون الليثوم بعيدة عن الكمال أيضاً.

ويتدهور أداء بطاريات أيون الليثيوم بمرور الوقت، وفي بعض الأحيان يمكن أن تؤدي العيوب في خلايا البطارية إلى ارتفاع درجة حرارتها والمخاطرة بانفجارها أو اندلاع حريق كبير بسببها، حيث تضطر الشركات أحياناً إلى إصدار تحذيرات للمنتجات التي يمكن أن تنفجر دون سابق إنذار.

كما ويمكن لأي شخص يمتلك هاتفا ذكياً أو جهازاً لوحياً أو كمبيوتر محمول أن يؤكد أن شحن بطاريات أيون الليثيوم يمكن أن يكون عملية بطيئة وتستغرق وقتاً طويلاً ومملاً.  وعلى هذه الجبهة، لدى العلماء بعض الأخبار الجيدة ليخبروكم بها.

وطور باحثون في روسيا نوعاً جديداً من البطاريات التي يقولون إنها يمكن أن تشحن أسرع بنحو 10 مرات من بطاريات أيون الليثيوم الاعتيادية، وهو أمر يمكن أن يوفر مزايا هائلة في توفير الوقت إذا نستغرقه في شحن أجهزتنا يومياً.

يقول الباحث في الكيمياء الكهربية أوليج ليفين من جامعة سان بطرسبرج: " إن البطارية المصنعة باستخدام البوليمر الخاص بنا سيتم شحنها في ثوان معدودة، أي أسرع بحوالي 10 مرات من بطارية أيون الليثيوم التقليدية. وتم إثبات ذلك بالفعل من خلال سلسلة من التجارب التي قمنا بها".

إن السر الكامن وراء هذه البطاريات الجديدة هو نوع من بوليمر الأكسدة والاختزال القائم على مادة النيتروكسيل، وهي مادة يمكن أن تخضع للأكسدة العكسية (فقدان الإلكترونات) والاختزال (اكتساب الإلكترونات) عند تفريغها وشحنها بسهولة وسرعة.

وفي هذه الحالة، يكون بوليمر الأكسدة والاختزال المستخدم هو شكل مركب من أشكال بوليمر النيكل سالين، وهو عبارة عن بوليمر معدني يحتوي على معادن، حيث تعمل سلاسل من ذرات النيكل والملح كأسلاك جزيئية لتعزيز توصيل الإلكترون، وهو عملية تعتبر تقييداً لبوليمر النيتروكسيل المستخدم في بطاريات البوليمر الحالية.

كما ويوضح الباحثون في دراستهم: "في البطاريات التي تعتمد على بوليمر النيتروكسيل، يكون مسار نقل الشحنة الوحيد هو التنقل الإلكتروني بين مراكز الأكسدة والاختزال المجاورة، وهو سريع على المستوى المجهري. وعلى الرغم من ذلك، يبدو أن التوصيل الإلكتروني العياني للمواد القائمة على النيتروكسيل منخفض للغاية".

خلال الاختبارات والتجارب، اكتشف الباحثون عددا من أنواع البوليمر المختلفة، لكن بوليمر النيكل سالين كان الوحيد الذي تبين أنه مستقر وفعال، وذلك بفضل الطريقة التي عملت بها هياكل النيكل والملح كعمود فقري موصل فيها، والتي عملت في وقت واحد كمجمع شحنة مع دعم قدرة الأكسدة والاختزال للمادة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه البطارية الجديدة تعمل بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة، وهو أمر رائع مقارنة ببطاريات أيون الليثيوم الحساسة لدرجة الحرارة، ولكن هذا لا يعني أيضاً أن بوليمر النيكل سالين مثالي بالضرورة في جميع المجالات حتى الآن.

وقول ليفين: "في هذه المرحلة، لا تزال بطاريتنا الجديدة متأخرة عن بطاريات أيون الليثيوم من حيث السعة، فهل أقل منها بنسبة 30-40% تقريباً. ولكننا نحن نعمل حاليا على تحسين هذا الأمل مع الحفاظ على معدل سرعة الشحن والتفريغ فيها".

وأضاف ليفين: "إنها آمنة جداً للاستخدام، ولا تشكل أي خطر لحدوث انفجار أو حريق، على عكس البطاريات القائمة على الكوبالت، بما في ذلك بطاريات أيون الليثيوم، المنتشرة اليوم. كما أنها تحتوي على معادن أقل بشكل ملحوظ، مما يجعلها لا تشكل خطرا أو ضررا على البيئة أيضا".