بطارية تعمل بالماء.. اختراع ثوري يغير مستقبل الطيران

حقق باحثون من جامعة ماريلاند (UMD) تقدمًا مهمًا في مجال بطاريات الماء، وذلك عبر تطوير إلكتروليت مبتكر قادر على تجاوز التحديات التقنية التي لطالما أعاقت استخدام هذا النوع من البطاريات في تطبيقات متقدمة.
ويُعد هذا الابتكار خطوة واعدة نحو سد الفجوة بين البطاريات المائية التقليدية – كالبطاريات الرصاصية الحمضية وبطاريات هيدريد النيكل المعدني – وبين بطاريات الليثيوم أيون المتطورة التي تعتمد على إلكتروليتات غير مائية.
جهد غير مسبوق ودوام طويل
كشفت الدراسة، التي قادها البروفيسور وانغ تشون شنغ من قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية، أن الإلكتروليت الجديد قادر على العمل ضمن نطاق جهد واسع يتراوح بين 0.0 و4.9 فولت، وهو نطاق غير مسبوق في البطاريات المائية، وفقا لـ interestingengineering.
ويُمثل هذا الإنجاز تجاوزًا لما يُعرف بـ "حد الاختزال طويل الأمد" للإلكتروليتات المائية، والذي كان محدودًا عند 1.3 فولت. وقد فتح ذلك الباب أمام تطوير بطاريات مائية ذات كثافة طاقة مرتفعة.
ووفقًا لما أكده الباحث شيويه تشانغ، المؤلف الرئيسي للدراسة، فإن البطارية الجديدة احتفظت بأدائها المستقر لأكثر من 2000 دورة تشغيل، مما يشير إلى متانة استثنائية في الأداء طويل الأمد.
وأضاف: "تمكّنا من تطوير إلكتروليتات ثنائية الطبقة مائية/عضوية خالية من الأغشية، مع تقليل مقاومة الواجهة بين الطورين بفضل استخدام أيونات فائقة المحبة للصخر".
مزايا بيئية وتحديات تقنية
تتميز البطاريات المائية بكونها آمنة وصديقة للبيئة، ما يمنحها أفضلية واضحة مقارنةً بالبطاريات التقليدية. ومع ذلك، فإن ضيق نطاق الاستقرار الكهروكيميائي كان يمثل عائقًا أمام تطوير بطاريات مائية بجهود تشغيل أعلى وكثافة طاقة تنافسية.
لكن الفريق البحثي استطاع التغلب على هذا القيد بفضل تقنيته الجديدة، وهو ما قد يُحدث نقلة نوعية في استخدام البطاريات المائية في مجالات متعددة، من الطيران الكهربائي إلى تخزين الطاقة منخفض الكربون على نطاق واسع، بل وحتى في استخراج الليثيوم من مياه البحر.
حلول مبتكرة لتحديات الواجهة
نُشر البحث في مجلة Nature Nanotechnology، وقد أوضح الباحثون خلاله أن أحد التحديات الكبرى في الإلكتروليتات المائية/غير المائية هو اختلاط الطورين ومقاومة الواجهة العالية عند انتقال أيونات الليثيوم.
وللتغلب على هذه المشكلة، اقترح الفريق استخدام مركبات مثل 12-تاج-4 والتتراجلايم (G4) لتكوين مجموعات نانوية من أيونات الليثيوم في كل من الطورين، مما يخفف من تحديات عبور الواجهة.
كما أشاروا إلى أن محاولات سابقة باستخدام إلكتروليتات "الماء في الملح" حققت استقرارًا بحدود 3.0 فولت فقط، ولم تكن مناسبة للعمل مع أنودات الليثيوم المعدني أو الجرافيت، وهما عنصران أساسيان في البطاريات عالية الأداء.
نحو بطاريات آمنة وعالية الكثافة
بفضل هذا الابتكار، تغلب الفريق على أحد أهم العوائق التي تعترض طريق البطاريات المائية، ما يمهّد الطريق لتقنيات تخزين طاقة جديدة تتسم بالكثافة العالية والأمان، وتُعد مرشحة قوية لتغذية الجيل القادم من تطبيقات الطاقة النظيفة.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

الإمارات اليوم

منذ 2 أيام

• الإمارات اليوم

فريق من جامعة خليفة يطوّر بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية

طوّر فريق بحثي من جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا حلّاً مبتكراً للتغلب على تحديات بطارية الليثيوم والكبريت، تمثّل في مادة جديدة لحبس الكبريت تعتمد على الأطر العضوية، حيث توفّر حبساً كيميائياً وفيزيائياً قوياً لليثيوم متعدد الكبريتيد، وهو ما يثبّت أداء البطارية على مدى مئات الدورات، ونشر الفريق البحثي مشروعه في المجلة العلميّة «أدفانسد سايِنس». وتمثل بطاريات الليثيوم والكبريت قفزة نوعية كبيرة في مجال تخزين الطاقة، نتيجة ارتفاع كثافة الطاقة التي تخزّنها وانخفاض كلفتها، إلا أن استخدامها على نطاق واسع لايزال محدوداً بسبب فقدان جزء من السعة، وضعف الكفاءة، وانخفاض في مدة عملها. وأظهرت نتائج تجارب الفريق احتفاظ البطاريات بنسبة 80% من سعتها الأصلية حتى بعد 500 دورة، وتحسن معدلات الشحن والتفريغ، ويمكن لهذه التكنولوجيا قريباً ومع مزيد من التحسين، تشغيل السيارات الكهربائية، وتخزين الطاقة المتجددة على نطاق الشبكة، ما يسهم في بلوغ مستقبل أنظف وأكثر استدامة.

سكاي نيوز عربية

٠٤-٠٥-٢٠٢٥

• سكاي نيوز عربية

العلماء يعثرون على مصدر آخر للذهب في الكون

ويُعتقد أن العناصر الأخف مثل الهيدروجين والهيليوم، بالإضافة إلى كمية قليلة من الليثيوم ، ظهرت في المراحل الأولى بعد الانفجار العظيم قبل نحو 13.8 مليار عام. لاحقا، أطلقت النجوم المنفجرة عناصر أثقل مثل الحديد، والتي أصبحت جزءًا من النجوم والكواكب الوليدة، وفقا لما ذكرته شبكة "سي إن إن". ومع ذلك، ظل توزيع العناصر الأثقل من الحديد، مثل الذهب، لغزًا محيرًا للفيزيائيين الفلكيين. وقال أنيرود باتيل، الباحث الرئيسي في الدراسة المنشورة في مجلة رسائل الفيزياء الفلكية: "هذا سؤال جوهري يتعلق بأصل المادة المعقدة في الكون". في السابق، ارتبط إنتاج الذهب الكوني فقط باصطدامات النجوم النيوترونية، فقد لاحظ الفلكيون في عام 2017 اصطدامًا بين نجمين نيوترونيين، أدى إلى موجات جاذبية وانفجار أشعة غاما، وإنشاء عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين والرصاص، فيما يُعرف بظاهرة "كيلونوفا"، والتي يُنظر إليها كمصانع ذهب في الفضاء. لكن بحسب إريك بيرنز، المؤلف المشارك للدراسة وأستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية لويزيانا ، فإن هذه الاندماجات حدثت في الغالب قبل مليارات السنوات فقط. غير أن بيانات قديمة من تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، تعود إلى 20 عامًا، تشير إلى أن " النجوم المغناطيسية " قد تكون مسؤولة عن إنتاج الذهب في مراحل مبكرة جدًا من عمر الكون. والنجوم المغناطيسية هي نوع من النجوم النيوترونية فائقة الكثافة ذات مجالات مغناطيسية قوية للغاية، يُعتقد أنها تشكلت بعد نحو 200 مليون عام فقط من نشأة الكون. وتطلق هذه النجوم أحيانًا ومضات شديدة من الإشعاع تعرف بـ" الزلازل النجمية"، وهي شبيهة بالزلازل الأرضية ولكن تحدث نتيجة تغيرات في طبقات النجم. وأظهرت الدراسة أدلة تشير إلى أن هذه الزلازل قد تؤدي إلى انبعاثات مادية هائلة من سطح النجم، مما يخلق بيئة ملائمة لتكوين العناصر الثقيلة. وللتأكد من فرضيتهم، فحص الفريق بيانات لأشعة غاما من انفجار مغناطاري وقع في ديسمبر 2004، التُقط بواسطة مرصد تابع لوكالة الفضاء الأوروبية، وتبين أن الإشارة التي رُصدت حينها تتطابق بشكل مذهل مع التوقعات النظرية لنماذج الباحثين. لكن رغم الحماس، حذّرت العالمة إلينورا ترويا من جامعة روما، والتي لم تشارك في الدراسة، من المبالغة في التفسير. وقالت إن الأدلة الجديدة "لا تُقارن بما تم رصده في اصطدام النجوم النيوترونية عام 2017"، مشيرة إلى أن المغناطارات "أجسام فوضوية"، وقد تنتج عناصر أخف من الذهب بسبب ظروفها المعقدة. وترى ترويا أن ما تم تقديمه هو "مسار بديل محتمل لإنتاج الذهب ، وليس اكتشافًا لمصدر جديد مؤكد".

البيان

٠١-٠٥-٢٠٢٥

• البيان

الذهب مصدره النجوم

يقول علماء الفيزياء الفلكية إن الماجنيتارات (نجوم نيوترونية تتمتع بمجال مغناطيسي هائل)، هي مصدر للذهب في الكون. واحتوى الكون المبكر بعد الانفجار العظيم على الهيدروجين والهيليوم وكميات ضئيلة من الليثيوم. وبدأت النجوم في تكوين عناصر أثقل، بما في ذلك الحديد. وقد ظل منشأ عناصر مثل الذهب، وكيفية انتشارها عبر الكون، أحد أكبر الألغاز في الفيزياء الفلكية، حسب «روسيا اليوم».