بقوة جبارة.. علماء يبتكرون بطارية ليثيوم مرنة
تاريخ النشر: 16th, April 2025 GMT
نجح فريق من الباحثين بجامعة كاليفورنيا، بيركلي، في تطوير بطارية مرنة وآمنة تشبه الهلام، يمكنها تحمل الثني والقطع ، ما قد يمهد الطريق لثورة في عالم الأجهزة القابلة للارتداء والروبوتات اللينة.
نهاية لعهد البطاريات الصلبةتعبأ البطاريات الليثيوم أيونية التقليدية، التي تزود الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية بالطاقة، عادة، داخل حاويات صلبة ومحكمة لمنع تسرب مكوناتها الكيميائية القابلة للاشتعال، ما يجعل استخدامها في الأجهزة المرنة محدودًا.
لكن البطارية الجديدة، التي طورها باحثون بقيادة البروفيسور ليويي لين من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كاليفورنيا، تقدم بديلًا مرنًا وآمنًا، يعتمد على إلكتروليت هلامي مائي غير سام.
تمكنت هذه البطارية الهلامية من العمل بكفاءة حتى بعد تعريضها للثني بزاوية 180 درجة، أو طعنها بالإبر، أو حتى قطعها بشفرة حادة. والأكثر إثارة للإعجاب، أنها استعادت نحو 90% من طاقتها الأصلية بعد إعادة تجميعها وتسخينها، ما يشير إلى خاصية "الشفاء الذاتي".
كيف تم التغلب على قيود الهلاميات المائية؟عانت البطاريات السابقة التي استخدمت هلاميات مائية (Hydrogels) من مشكلتين أساسيتين، وهما عمر قصير للغاية، حيث لا يتجاوز بضع ساعات أو أيام، ونافذة استقرار كهربائي ضيقة، حيث يبدأ الماء في التحلل إلى هيدروجين وأكسجين عند 1.2 فولت فقط، مما يحد من جهد البطارية.
لحل هذه المعضلة، استخدم الباحثون بوليمر "زويتيريوني" (zwitterionic polymer) – وهو نوع يحتوي على شحنات موجبة وسالبة ، لربط جزيئات الماء بقوة داخل شبكة الهلام، ومنعها من التحلل حتى عند فولتية أعلى.
كما استخدموا ملح ليثيوم خالٍ من الفلور (لتجنب السمية) ومادة الأكريليك كعامل ربط.
بطارية قليلة الماء كثيرة الأمانفيما لم يغمر الباحثون الهلام بالماء كالمعتاد، بل تركوه يمتص رطوبة الهواء ليصل إلى نسبة مياه لا تتعدى 19%، مقارنةً بـ80% في الهلاميات التقليدية، وكانت النتيجة أن الهلاميات أصبحت مستقرة إلكترونيا وتعمل في رطوبة الغرفة العادية (50%)، وتولد طاقة عند 3.1 فولت تقريبًا – وهي قريبة من بطاريات الليثيوم التجارية – دون تحلل كبير للماء.
تطبيقات جديدة وتحديات قائمةبينما أظهرت البطارية الجديدة قدرة على العمل لأكثر من 500 دورة شحن كاملة، وهو رقم مشابه لما تصمَّم عليه بطاريات الهواتف الذكية، لكنها احتفظت بنحو 60% فقط من طاقتها الأصلية بعد هذه الدورات، مقارنةً بـ80% في البطاريات التجارية، ما يشير إلى وجود هامش للتحسين.
كما أن كثافة الطاقة لا تزال منخفضة، نحو عشر ما تقدمه البطاريات التقليدية. لكن البروفيسور لين يرى الأمر من منظور مختلف:"إذا استخدمنا هذه البطارية في سوار الساعة الذكية، مثلًا، يمكننا زيادة المساحة المخصصة للطاقة، ما قد يمد عمر البطارية من يوم واحد إلى أسبوع."
المصدر: صدى البلد
كلمات دلالية: بطارية السيارات الكهربائية المزيد
إقرأ أيضاً:
تتوهج في الظلام.. علماء يكتشفون سحابة جزيئية ضخمة بالقرب من الأرض
دبي، الإمارات العربية المتحدة (CNN)-- رُصدت سحابة جزيئية غير مرئية على مقربةٍ مُفاجئة من الأرض، ويُمكنها أن تُلقي الضوء على كيفية تشكّل النجوم والكواكب.
سُمّيت هذه السحابة الغازية بـ"إيوس" تيمنًا بإلهة الفجر اليونانية، وكانت لتبدو ضخمةً في سماء الليل لو أمكن رؤيتها بالعين المجرّدة.
أفاد باحثون في دراسةٍ نُشرت الاثنين في مجلة "Nature Astronomy" أنّ عرضها يعادل 40 قمرًا تقريبًا، بينما يبلغ وزنها 3،400 ضعف كتلة الشمس.
وقال الباحث المُشارك في الدراسة، وعالِم الفيزياء الفلكية في جامعة "كوين ماري" في العاصمة البريطانية لندن، توماس هاورث: "كان هذا الشيء جزءًا من محيطنا الكوني بالفعل، ولكننا لم ننتبه إليه".
تتكون السحب الجزيئية من الغاز والغبار، والتي يُمكن أن تتشكل منها جزيئات الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، كما يمكن أن تنهار الكتل الكثيفة داخل هذه السحب لتُشكّل نجومًا جديدة.
أوضح هاورث أنّه عادةً ما يرصد العلماء سحابة جزيئية باستخدام عمليات الرصد الراديوية والأشعة تحت الحمراء التي تستطيع التقاط البصمة الكيميائية لأول أكسيد الكربون.
وشرح قائلًا: "نبحث عادةً عن أول أكسيد الكربون، ذرة كربون واحدة وذرة أكسجين واحدة فقط، ما يُصدر ضوءًا بسهولة نسبية عند أطوال موجية يُمكننا رصدها".
وأشار هاورث إلى أنّ "أول أكسيد الكربون ساطع، ولدينا العديد من المرافق التي تستطيع رصده".
مع ذلك، ظلّت سحابة "إيوس" غير مُكتشفة رُغم كونها أقرب سحابة جزيئية إلى الأرض، وذلك لافتقارها لكميات كافية من أول أكسيد الكربون، وبالتالي عدم إصدارها للبصمة المميزة التي تُرصد بالطرق التقليدية، وفقًا للباحثين.
وكان مفتاح هذا الاكتشاف المذهل يتمثل بالبحث عن الضوء فوق البنفسجي المُنبعث من الهيدروجين في السحابة.
نافذة على تكوين النظام الشمسياكتشف هاورث وزملاؤه سحابة "إيوس" في البيانات التي جُمعت بواسطة مقياس طيف للأشعة فوق البنفسجية البعيدة يُعرف باسم "FIMS-SPEAR"، والذي استُخدِم كأداة على قمر صناعي كوري يُسمى "STSAT-1".
كانت البيانات منشورة للعامة مؤخرًا في عام 2023 عندما عثرت عليها بليكسلي بوركهارت وهي المؤلفة الرئيسية للدراسة، والأستاذة المشاركة في قسم الفيزياء والفلك في كلية "روتجرز" للفنون والعلوم.
يُحلل مقياس الطيف الضوء فوق البنفسجي البعيد المنبعث من مادةٍ ما إلى الأطوال الموجية التي تكوّنه، على غرار ما يفعله المنشور مع الضوء المرئي، ما يُنتج طيفًا يُمكن للعلماء تحليله.
صرّحت بوركهارت في بيان صحفي: "هذه أول سحابة جزيئية تُكتشف من خلال البحث المباشر عن انبعاثات الهيدروجين الجزيئي في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة".
وأضافت: "أظهرت البيانات جزيئات هيدروجين متوهجة رُصدت عبر التوهج في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. هذه السحابة تتوهج في الظلام حرفيًا".
ويُتيح قرب السحابة الجزيئية من الأرض فرصة فريدة لدراسة كيفية تشكل الأنظمة الشمسية، بحسب ما ذكرته.
وأكّدت بوركهارت: "اكتشافنا لسحابة إيوس مثير للاهتمام، حيث يُمكننا الآن قياس كيفية تشكّل وتفكك السحب الجزيئية بشكلٍ مباشر، وكيف تبدأ مجرّة بتحويل غاز وغبار الفراغ النجمي إلى نجوم وكواكب".
عبد المسيح: فلتكن العدالة التربوية أولوية لا شعارًا