قام علماء في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا _بموسكو روسيا الاتحادية_ بالإعلان عن مادة عضوية جديدة والتي ستلعب دوراً مهماً في تطوير تقنيات الجيل الجديد من البطاريات المصنعة من مواد عضوية.
يعد موضوع تخزين الطاقة من أهم التحديات التي تواجه العالم للاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة كونها ستلعب دوراً محورياً في نجاحها وانتشارها في المستقبل، فلهذا يتجه العالم اليوم لتطوير تقنيات تخزين الطاقة خصوصاً البطاريات؛ وذلك لرفع كفاءتها وتقليل تكلفتها ولكن العائق الأكبر هو أن معظم المواد التي تصنع منها البطاريات هي من مواد ثمينة ونادرة في الطبيعة كاليثيوم بالإضافة إلى أن بعض أجزاء البطاريات يصعب التخلص منها وإعادة تدويرها.
ولهذا السبب أصبح من الضروري لمصنعي البطاريات البحث عن مواد عضوية متوفرة بكثرة في الطبيعة و صديقة للبيئة كي يسهل التخلص منها وإعادة تدويرها، ولكن يعد هذا الأمر تحدي كبير جداً للباحثين وشركات تصنيع البطاريات كون سعة البطاريات مقابل كتلتها و مدة الشحن والتفريغ و فترة الاحتفاظ بالطاقة الكهربائية (التأكسد والاختزال*) والتي تعتبر من أهم الأمور التي يجب تحقيقها للوصول لبطاريات عالية الكفاءة.
*لتذكير التأكسد: هو عملية فقد المادة للإلكترونات خلال التفاعل الكيميائي، و الاختزال: هو عملية اكتساب المادة للإلكترونات.
ولمعالجة هذه المشكلة طور باحثون من جامعة سكولكوفو مركب عضوي جديد اسمه بوليميد، والذي تم تصنيعه عن طريق تسخين خليط من ديانهيدريد عطري و ميتا فينيلين ديامين، وكلاهما من الكواشف التي يسهل الحصول عليها وتمتلك مرونة في الأكسدة والاختزال.
أظهرت هذه المادة خصائص فريدة عند استخدامها في أنواع مختلفة من البطاريات، مثل: بطاريات الليثيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم حيث وصلت سعتها (إلى 140 مللي أمبير / جرام)، بالإضافة إلى معدل عالي لدورات الشحن والتفريغ حتى 1000 دورة بالإضافة إلى قدرة عالية على الشحن في أقل من دقيقة واحدة.
والمهم في الأمر أن خواص تخزين الطاقة في مادة البوليميد تفوقت على المواد العضوية الجاري تطويرها حاليا في مراكز الأبحاث كمادة ال بايزوميرها والمشتقة من بارا-فينيلين ديامين.( p-phenylenediamines)
ويعد سبب الوصول لهذا الأداء الفريد للبوليميد في تخزين الطاقة هو أمرين، الأول: هو امتلاكه جزيئات أصغر ومساحة سطح كبيرة مما يسهل انتقال حاملات الشحنة فيه، والثاني: هو أن ترتيب الذرات داخل المادة يساهم بربط أيونات المعادن بشكل أقوى مما يرفع قدرته على الأكسدة والاختزال.
يعد هذا التصميم الجزيئي لهيكل ذرات البوليميد ثورة علمية لتطوير الهيكل الذري للمواد العضوية الداخلة في تصنيع البطاريات كونها ستساعد للحصول على كاثود مصنوع من مادة عضوية قادرة على تخزين قدرًا كبيرًا من الطاقة في كتلة صغيرة متينة وبتكلفة أقل.
ختاماً
الأبحاث في تزايد كبير جداً للوصول للمواد العضوية التي يسهل إعادة تدويرها وتصنيعها على نطاق واسع وبأقل التكاليف بدلاً من استخدام المواد النادرة في الطبيعة كاليثيوم.
رابط المقالة
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.1c00092
