طفرة في بطاريات الزنك أيون: ابتكار أسترالي يطيل عمر البطارية إلى أكثر من 5000 دورة
في تطور علمي لافت قد يُحدث تحوّلاً في مشهد تخزين الطاقة، أعلن باحثون من جامعة التكنولوجيا في سيدني (UTS)، بالتعاون مع علماء من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة، عن تطوير كاثود مبتكر لبطاريات الزنك أيون، يتمتع بثبات هيكلي غير مسبوق، يتيح له تجاوز 5000 دورة شحن وتفريغ مع الحفاظ على أداء متميز.
معالجة جذرية لتحدي عمر البطارية
لطالما شكّلت محدودية العمر التشغيلي لبطاريات الزنك أيون عائقًا أمام تبنيها تجاريًا، رغم ما توفره من مزايا هامة مثل انخفاض التكلفة، الأمان العالي، واستخدام إلكتروليتات مائية غير سامة. أما اليوم، فيبدو أن هذا الحاجز التقني بدأ يتلاشى.
تأثير “يان-تيلر” التعاوني: مفتاح الإنجاز
يعتمد الابتكار على استغلال ما يُعرف بـ “تأثير يان-تيلر التعاوني” (Cooperative Jahn-Teller Effect)، وهي ظاهرة فيزيائية تُحدِث تشوهًا منظّمًا في الشبكة البلورية للمواد الحاوية على معادن انتقالية، مثل أكسيد المنغنيز. من خلال تصميم طبقة فائقة ثنائية الأبعاد (2D superlattice) تجمع بين أكسيد المنغنيز والغرافين، نجح الباحثون في خلق آلية إجهاد متناسقة عبر البنية البلورية بالكامل، ما يعزز مناعة الكاثود ضد التصدعات ويطيل عمره أثناء التشغيل المتكرر.
أداء طويل الأمد
حقق الكاثود المطوّر قدرة ثابتة بلغت 165 مللي أمبير-ساعة لكل غرام حتى بعد 5000 دورة شحن عند تيار مرتفع، وهو أداء يتجاوز التقنيات الحالية بنسبة تقارب 50%. كما تميّزت البطارية بانخفاض معدلات التدهور، ما يجعلها خيارًا واعدًا لتطبيقات تخزين الطاقة الثابتة.
تصنيع نظيف وقابل للتوسع
من الجوانب اللافتة في هذا الابتكار أن عملية التصنيع تمّت باستخدام تقنيات مائية بالكامل، دون الحاجة إلى مذيبات عضوية سامة أو درجات حرارة عالية، مما يجعل التقنية صديقة للبيئة وقابلة للتوسعة على المستوى الصناعي.
بديل آمن ومستدام لبطاريات الليثيوم
مع تزايد الطلب العالمي على أنظمة تخزين الطاقة، لا سيما تلك المرتبطة بالطاقة المتجددة، تبرز بطاريات الزنك أيون كحل اقتصادي وآمن وصديق للبيئة، خاصة في البيئات التي تتطلب تقنيات منخفضة المخاطر وسهلة التصنيع.
تصريحات الباحثين
قال البروفيسور غوشيو وانغ، الباحث الرئيسي في الدراسة المنشورة في مجلة Nature Communications : “نتائجنا تُبرهن على أن تصميم البنى الفائقة ثنائية الأبعاد لا يقتصر على المختبرات، بل يشكل نهجًا عمليًا لتحسين أداء البطاريات في التطبيقات الحقيقية.”
فيما أشار البروفيسور راهول ناير من جامعة مانشستر: “لقد فتحنا أفقًا جديدًا في مجال هندسة الإجهاد للمواد ثنائية الأبعاد، من خلال تحكم دقيق في البنية الذرية لتحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمواد.”
آفاق مستقبلية
يمثل هذا الابتكار خطوة مهمة في رحلة تطوير بطاريات الزنك أيون، ويمهد الطريق نحو اعتمادها كحل رئيسي لتخزين الطاقة في الشبكات الكهربائية، لا سيما في الدول التي تسعى لتحقيق أمن طاقي بتكاليف منخفضة.
📚 مصدر المقال
تم اعتماد هذا المقال استنادًا إلى ما ورد في منصة pv magazine ، تحت عنوان:
Australian researchers achieve zinc-ion battery life breakthrough
🔗 رابط المصدر: pv-magazine.com/2025/06/24/australian-researchers-achieve-zinc-ion-battery-life-breakthrough
