بطاريات جديدة تحاكي الأمعاء البشرية تخزن 5 أضعاف الطاقة المعتادة
كتبت – يارا كمال
طوّر العلماء بطارية نموذج جديدة مستلهمة من تشريح الأمعاء البشرية وذلك يمهد الطريق لمصادر طاقة أكثر قوة لأجهزتنا الرقمية.
يستخدم النموذج، الذي يقدم 5 أضعاف كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم – أيون التي تُستخدم في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بطاريات ليثيوم – الكبريت بدلًا منها، كما يستطيع التصميم المحاكي للأمعاء أن يجعل تلك البطاريات كثيفة الطاقة طويلة الأمد بشكل كافٍ للاستخدام التجاري.
يتغلب البحث، الذي يقوده فريق من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة، على أحد العوائق الأساسية لبطاريات الليثيوم – كبريت، والتي تتحلل أسرع بكثير من بطاريات الليثيوم – أيون، بالرغم من كثافة الطاقة الفائقة.
عندما تفصل بطارية ليثيوم – كبريت، يمتص الكبريت في القطب الموجب الليثيوم في القطب السالب. يجعل هذا التفاعل جزيئات الكبريت تتحوّل إلى هياكل تشبه السلاسل تُسمى (البولي كبريتيدات).
بعد أن تمر البطارية بالعديد من دورات الشحن والفصل، يبدأ التفاعل في الضغط على القطب الموجب، مما يجعل فتات البولي كبريتيدات يتحلل ويدخل إلكتروليت البطارية والذي يربط بين القطبين الكهربائيين.
عندما يحدث ذلك، تبدأ البطارية في التحلل وتفقد المادة الفعالة التي تخزن الطاقة، ومن هنا جاء إلهام الأمعاء للفريق البحثي.
في جسم الإنسان، تبطّن أمعاءنا الدقيقة ملايين النتوءات الدقيقة التي تشبه الأصابع تُسمى الزغابات المعوية. تمتد تلك النتوءات داخليًا في جدران الأمعاء وتساعدها على امتصاص المغذيات أثناء الهضم. يُزيد ذلك من مساحة سطح البطانة المعوية بحوالي 30 ضعف.
وباستخدام نفس الفكرة، طوّر الفريق مادة نانوية خفيفة الوزن تُشبه الزغابات المعوية، وبالتالي عندما تتحلل البولي كبريتيدات، تلتقطها الزغابات فلا تضيع في الإلكتروليت.
هذا الهيكل الشبيه بالزغابات عبارة عن طبقة مصنوعة من أسلاك دقيقة من أكسيد الزنك التي تغطي سطح أقطاب البطارية. تمسك تلك الأسلاك بالمادة الفعالة للبطارية عندما تصبح مفكوكة، مما يجعل الوصول القطب الموجب والسالب إليها سهل، مما يمنع البطارية من التحلل.
في الاختبارات، فقد نموذج البطارية حوالي 0.05% فقط من سعة الطاقة لديها في الدورة بعد 200 دورة شحن، مما يجعلها ثابتو مثل بطاريات الليثيوم – أيون التي يتراوح فقدانها لسعتها ما بين 0.025 و0.048% في الدورة الواحدة.
المصدر: sciencealert
