واشنطن – تشكل البطاريات القائمة على أيونات الألومنيوم بديلا واعد للبطاريات التقليدية القائمة على أيونات الليثيوم بفضل إمكاناتها لتحقيق كثافة طاقة أعلى، تكلفة أقل، وأمان أفضل.

وأظهرت بطارية الألمنيوم الجديدة طول عمر استثنائيا خلال الاختبارات، فقد احتفظت بأكثر من 99 بالمئة من سعتها الأصلية حتى بعد 10 آلاف دورة شحن وتفريغ. وفقا لموقع “إنترستينغ إنجنيرينغ”.

البطاريات الكبيرة المخصصة لتخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على المدى الطويل تُعد عنصرًا أساسيًا لدمج مصادر الطاقة الوفيرة والمتجددة في شبكة الكهرباء الأميركية. ومع ذلك، هناك نقص في تقنيات البطاريات الآمنة والموثوقة لدعم التحول نحو طاقة نظيفة ومستدامة.

أفاد باحثون في مجلة ACS Central Science أنهم صمموا بطارية أيونات الألومنيوم (Al-ion) منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لهذا الغرض.

وتستخدم بطاريات أيونات الليثيوم (Li-ion) في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، بما في ذلك الأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية، بفضل كثافة طاقتها العالية. لكن الليثيوم مكلف للغاية بالنسبة للأنظمة الكبيرة المطلوبة لتخزين الطاقة على مستوى المرافق، كما أن قابلية اشتعال بطاريات الليثيوم تشكل خطرًا كبيرًا على السلامة.

تشمل البدائل المحتملة لأنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد بطاريات أيونات الألومنيوم القابلة لإعادة الشحن. لكن الإلكتروليت الأكثر شيوعًا لهذه البطاريات، وهو كلوريد الألومنيوم السائل، يؤدي إلى تآكل الأنود المصنوع من الألومنيوم، كما أنه شديد الحساسية للرطوبة، مما يفاقم التآكل. كلا العاملين يقللان من استقرار البطارية وأدائها الكهربائي بمرور الوقت. لذلك، سعى وي وانغ وشوقيانغ جياو وزملاؤهم إلى تصميم بطارية Al-ion محسنة تتجاوز هذه القيود.

قام الفريق بإضافة ملح فلوريد الألومنيوم الخامل إلى إلكتروليت يحتوي على أيونات الألومنيوم، مما حوّل الإلكتروليت إلى حالة صلبة.

يمتاز ملح فلوريد الألومنيوم بهيكل مسامي ثلاثي الأبعاد يسمح بسهولة انتقال أيونات الألومنيوم عبر الإلكتروليت، مما يزيد من التوصيلية. بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون مادة كربونات الفلورويثيلين كإضافة بينية لتشكيل طبقة صلبة رقيقة على الأقطاب الكهربائية، ما يمنع تكوين بلورات الألومنيوم التي تؤدي إلى تدهور صحة البطارية.

في التجارب، أظهرت البطارية مقاومة محسّنة للرطوبة واستقرارًا حراريًا وفيزيائيًا، حيث تحملت طعنات متكررة بأداة حادة ودرجات حرارة تصل إلى 392 درجة فهرنهايت (200 درجة مئوية). كما تمتع التصميم الجديد بعمر طويل للغاية، إذ استمرت البطارية في العمل لمدة 10,000 دورة شحن وتفريغ مع فقدان أقل من 1  بالمئة من سعتها الأصلية.

علاوة على ذلك، يمكن استعادة معظم فلوريد الألومنيوم عبر غسيل بسيط وإعادة استخدامه في بطارية أخرى بأداء يقل قليلًا عن الأصل. يمكن أن يساهم هذا التصميم في تقليل تكلفة إنتاج بطاريات Al-ion وإطالة عمرها، مما يزيد من جدواها العملية.

يقول “وانغ”: “يُظهر هذا التصميم الجديد لبطارية Al-ion إمكانات نظام تخزين طاقة آمن وفعال من حيث التكلفة وطويل الأمد. كما أن القدرة على استعادة وإعادة تدوير المواد الأساسية تجعل التكنولوجيا أكثر استدامة.” ويضيف الباحثون أن هناك حاجة إلى تحسينات إضافية في كثافة الطاقة وعمر الدورة قبل الوصول إلى مرحلة التسويق التجاري.