نجح فريق من العلماء في جامعة توهوكو في تحقيق اختراق هام في تكنولوجيا البطاريات من خلال ابتكار مادة كاثودية جديدة لبطاريات المغنيسيوم القابلة لإعادة الشحن. تُسهم هذه المادة في تسهيل عمليات الشحن والتفريغ بكفاءة، حتى في البيئات الباردة. باستخدام هيكل صخري مُحسّن، تهدف هذه المادة المُبتكرة إلى ثورة في خيارات تخزين الطاقة، مما يجعلها أكثر كفاءة من الناحية التكلفة وأكثر أمانًا وأعلى في السعة.
تم نشر تفاصيل الاكتشافات في مجلة كيمياء المواد (أ) في 15 مارس 2024، هي مجلة علمية أسبوعية يتم مراجعتها من قِبل النظراء ، وهي تغطي توليف وخصائص وتطبيقات المواد الجديدة المتعلقة بالطاقة والاستدامة.
تظهر الدراسة تحسنًا كبيرًا في انتشار المغنيسيوم (Mg) داخل الهيكل الصخري، وهو تقدم حاسم نظرًا لأن كثافة الذرات في هذا التكوين كانت تعيق سابقًا تحرك المغنيسيوم. من خلال إدخال مزيج استراتيجي من سبعة عناصر معدنية مختلفة، أنشأ الفريق هيكلًا بلوريًا يتميز بالفجوات المستقرة للكاتيونات، مما يُسهل إدخال واستخراج المغنيسيوم بسهولة.
تمثل هذه المادة استخدامًا لأول مرة لأكسيد الملح الصخري كمادة كاثودية لبطاريات المغنيسيوم. استخدم الباحثون استراتيجية الإنتروبي العالية لتنشيط فجوات الكاتيونات في كاثود أكسيد الملح الصخري.
تتعامل هذه التطويرات أيضًا مع قيود بطاريات المغنيسيوم، مثل صعوبة نقل المغنيسيوم داخل المواد الصلبة. حتى الآن، كانت درجات الحرارة العالية ضرورية لتحسين حركة المغنيسيوم في المواد الكاثودية التقليدية، مثل تلك ذات الهيكل اللولبي. ومع ذلك، تعمل المادة التي كشف عنها الباحثون في جامعة توهوكو بكفاءة في درجة حرارة تصل إلى 90 درجة مئوية فقط، مما يظهر تقليلًا كبيرًا في درجة الحرارة المطلوبة للتشغيل.
يرى تومويا كواجوتشي، أستاذ في معهد توهوكو لأبحاث المواد (IMR)، الآثار الواسعة للدراسة. “الليثيوم نادر وغير موزع بالتساوي، بينما يتوفر المغنيسيوم بوفرة، مما يقدم بديلاً أكثر استدامة وكفاءة من حيث التكلفة لبطاريات ليثيوم أيون. تتوقع بطاريات المغنيسيوم، التي تتمتع بالمادة الكاثودية الجديدة المطورة، أن تلعب دورًا حاسمًا في مختلف التطبيقات، بما في ذلك تخزين الشبكة والمركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية المحمولة، مساهمة في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة وتقليل الأثر الكربوني.”
شارك كواجوتشي مع تيتسو إيتشيتسوبو، أيضًا أستاذ في IMR، الذي يقول: “من خلال استغلال الفوائد الجوهرية للمغنيسيوم والتغلب على قيود المواد السابقة، يفتح هذا البحث الطريق أمام الجيل القادم من البطاريات، مما يعد بتأثيرات كبيرة على التكنولوجيا والبيئة والمجتمع.”
يعد هذا الاختراق خطوة كبيرة في سبيل البحث عن حلول تخزين الطاقة الفعالة والصديقة للبيئة.
