قام باحثون في جامعة لينشوبينغ في السويد بتطوير بطارية مبتكرة مصنوعة من الزنك واللجنين يمكن إعادة شحنها أكثر من 8000 مرة. تعد هذه التقنية المبتكرة ببديل للبطاريات بأسعار معقولة وصديقة للبيئة، ومفيدة بشكل خاص للمناطق التي تعاني من محدودية الوصول إلى الكهرباء.

التصدي لتحديات الطاقة في البلدان الفقيرة

أصبحت الألواح الشمسية رخيصة الثمن نسبيًا، وقد اعتمد عليها الكثير من الناس في البلدان ذات الدخل المحدود. ومع ذلك، بالقرب من خط الاستواء، تغرب الشمس حوالي الساعة 6 مساءً، مما يترك المنازل والشركات بدون كهرباء. ويقول ريفيرانت كريسبين، أستاذ الإلكترونيات العضوية في جامعة لينشوبينغ: الأمل هو أن تقدم تقنية البطاريات هذه، حتى مع أداء أقل من بطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن، حلاً لهذه الحالات في نهاية المطاف.

التقدم في مواد صناعة البطاريات

طوّرت مجموعة أبحاث ريفيرانت كريسبين في مختبر الإلكترونيات العضوية، إلى جانب باحثين من جامعة كارلستاد وجامعة تشالمرز، بطارية تعتمد على الزنك واللجنين. هذه المواد فعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة. وتتميز البطارية بكثافة طاقة مماثلة لبطاريات الرصاص الحمضية ولكن بدون مكون الرصاص السام.

البطارية الجديدة مستقرة بشكل ملحوظ، حيث تحافظ على حوالي 80% من أدائها على مدى 8000 دورة. بالإضافة إلى ذلك، فهي تحتفظ بالشحن لمدة أسبوع تقريبًا، أي لفترة أطول بكثير من البطاريات الأخرى التي تعتمد على الزنك، والتي عادةً ما يتم تفريغها في غضون ساعات.

مستقبل بطاريات الزنك

على الرغم من أن البطاريات القائمة على الزنك متوفرة بالفعل في السوق كبطاريات غير قابلة لإعادة الشحن، إلا أن إدخال بطاريات الزنك القابلة لإعادة الشحن يمكن أن تكمل بطاريات أيون الليثيوم بل وتحل محلها في نهاية المطاف.

“في حين أن بطاريات أيونات الليثيوم مفيدة عندما يتم التعامل معها بشكل صحيح، إلا أنها قد تكون قابلة للانفجار وصعبة إعادة التدوير، ومثيرة للمشاكل من حيث القضايا البيئية وحقوق الإنسان عند استخراج عناصر معينة مثل الكوبالت. ولذلك، تقدم بطاريتنا المستدامة بديلاً واعداً حيث لا تكون كثافة الطاقة أمراً بالغ الأهمية”، كما يوضح زياد الدين خان، الباحث في مختبر الإلكترونيات العضوية في جامعة لينشوبينغ.

التغلب على مشاكل الاستدامة

كانت إحدى المشكلات الرئيسية في بطاريات الزنك هي قلة ديمومتها، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى تفاعل الزنك مع الماء في محلول الكهارل الخاص بالبطارية. ويؤدي هذا التفاعل إلى توليد غاز الهيدروجين ويسبب نمو تشعبات الزنك، مما يجعل البطارية غير صالحة للاستخدام.

ولمعالجة هذه المشكلة، استخدم الباحثون إلكتروليت ملح البوليمر المائي في البوليمر (WiPSE) القائم على بولي-أكريلات البوتاسيوم لتثبيت الزنك. عندما يتم استخدام WiPSE في بطارية تحتوي على الزنك واللجنين، يتم تعزيز الاستقرار بشكل كبير.

كل من الزنك واللجنين رخيصان للغاية، ويمكن إعادة تدوير البطارية بسهولة. وإذا قمت بحساب التكلفة لكل دورة استخدام، فإنها تصبح بطارية رخيصة للغاية مقارنة ببطاريات أيون الليثيوم.

الانتقال نحو الإنتاج الواسع

البطاريات المطورة في المختبر حالياً صغيرة الحجم. ومع ذلك، يعتقد الباحثون أن بإمكانهم التوسع في إنتاج بطاريات كبيرة، بحجم بطارية السيارة تقريباً، وذلك بفضل وفرة كل من اللجنين والزنك بتكلفة منخفضة. ومع ذلك، فإن الإنتاج الضخم سيتطلب مشاركة استثمار وخبرة الشركات.

الرؤية لمستقبل مستدام

يؤكد ريفيرانت كريسبين على دور السويد كدولة مبتكرة في مساعدة الدول الأخرى على تبني بدائل أكثر استدامة.

“يمكننا أن نقول أنه من واجبنا مساعدة الدول ذات الدخل المنخفض على تجنب الوقوع في نفس الأخطاء التي وقعنا فيها. عندما يقومون ببناء بنيتهم التحتية، عليهم أن يبدأوا بالتكنولوجيا الصديقة للبيئة بشكل فوري. فإذا تم اعتماد تكنولوجيا غير مستدامة، فسيستخدمها ملايين الأشخاص، الأمر الذي يؤدي إلى حدوث كوارث مناخية”.

وخلاصة القول إن بطارية الزنك واللجنين التي طورتها جامعة لينشوبينغ تمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الطاقة المستدامة. وبفضل ثباتها العالي وفعاليتها من حيث التكلفة ومنافعها البيئية، فإن هذا الابتكار يحمل في طياته الأمل في مواجهة تحديات الطاقة في المناطق منخفضة الدخل والمساهمة في مستقبل أكثر استدامة.