خدعة بسيطة يمكن أن تجعل بطاريات أيون الصوديوم أرخص وأسرع وأكثر قوة

إن ترك الماء داخل مادة بطارية الصوديوم يعزز الأداء ويتيح تحلية المياه.

يمكن أن تلعب بطاريات أيونات الصوديوم دورًا رئيسيًا في مستقبل تخزين الطاقة المستدامة، وقد تساعد أيضًا في تحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب. الباحثون في جامعة سري لقد وجدوا طريقة مباشرة لتحسين أداء هذه البطاريات عن طريق الاحتفاظ بالمياه داخل مادة البطارية الرئيسية بدلاً من إزالتها.

تهيمن بطاريات الليثيوم أيون حاليًا على سوق تخزين الطاقة، لكنها تعتمد على مواد باهظة الثمن ويمكن أن تسبب أضرارًا بيئية. وعلى النقيض من ذلك، فإن الصوديوم متوفر بكثرة ومتوفر على نطاق واسع، مما يجعله بديلاً جذابًا. وتتمثل العقبة الرئيسية في تحقيق مستويات أداء تضاهي أو تقترب من تلك الخاصة بالأنظمة المعتمدة على الليثيوم.

إعادة التفكير في مادة مألوفة

وفي دراسة نشرت في مجلة كيمياء المواد أيشرح فريق البحث كيف أن مركب الصوديوم المعروف، أكسيد فاناديوم الصوديوم، يعمل بشكل أفضل بكثير عندما يتم الحفاظ على محتواه المائي الطبيعي.

أظهرت المادة، المعروفة باسم هيدرات فانادات الصوديوم ذات البنية النانوية (NVOH)، تحسينات ملحوظة في سعة تخزين الطاقة، وسرعة الشحن، والاستقرار على المدى الطويل، وتبقى فعالة لأكثر من 400 دورة شحن.

وكشفت الاختبارات المعملية أن النسخة “الرطبة” من المادة كانت قادرة على تخزين ما يقرب من ضعف الشحنة التي تخزنها مواد أيون الصوديوم التقليدية، مما يجعلها من بين الكاثودات الأعلى أداءً التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن.

قال الدكتور دانيال كوماندور، زميل باحث في كلية الكيمياء والهندسة الكيميائية بجامعة ساري والمؤلف الرئيسي للدراسة: “كانت نتائجنا غير متوقعة على الإطلاق. أكسيد الفاناديوم الصوديوم موجود منذ سنوات، وعادة ما يقوم الناس بمعالجته بالحرارة لإزالة الماء لأنه يعتقد أنه يسبب مشاكل. قررنا تحدي هذا الافتراض، وكانت النتيجة أفضل بكثير مما توقعنا. أظهرت المادة أداءً واستقرارًا أقوى بكثير من المتوقع، ويمكن أن تخلق إمكانيات جديدة مثيرة لكيفية استخدام هذه البطاريات في المستقبل”.

تخزين الطاقة يلبي تحلية المياه

واختبر فريق البحث أيضًا كيفية تصرف المادة في المياه المالحة، وهي واحدة من أكثر البيئات تحديًا على الإطلاق. وأظهرت النتائج أنه لم يستمر في العمل بفعالية فحسب، بل قام أيضًا بإزالة الصوديوم من المحلول بينما يستخرج قطب الجرافيت الكلوريد – وهي عملية تعرف باسم تحلية المياه الكهروكيميائية.

يتحول لون الماء المالح ذو المؤشر العالمي إلى اللون الأحمر عند القطب الكهربائي المضاد، مما يدل على أن القطب الجديد لا ينشأ غازًا. الائتمان: جامعة سري

وأضاف الدكتور كوماندور: “إن القدرة على استخدام هيدرات فانادات الصوديوم في المياه المالحة يعد اكتشافًا مثيرًا حقًا، حيث يُظهر أن بطاريات أيونات الصوديوم يمكن أن تفعل أكثر من مجرد تخزين الطاقة – يمكنها أيضًا المساعدة في إزالة الملح من الماء. على المدى الطويل، هذا يعني أننا قد نكون قادرين على تصميم أنظمة تستخدم مياه البحر باعتبارها إلكتروليتًا آمنًا تمامًا ومجانيًا وفيرًا، بينما تنتج أيضًا مياه عذبة كجزء من العملية”.

نحو بطاريات عملية ومنخفضة التكلفة

يمكن أن يؤدي هذا الاختراق إلى تسريع تطوير بطاريات أيونات الصوديوم كبديل عملي للتكنولوجيا الحالية المعتمدة على الليثيوم.

إن استخدام مواد وفيرة ومنخفضة التكلفة يجعل هذه البطاريات أكثر أمانًا واستدامة، مع تطبيقات محتملة تتراوح من تخزين الطاقة المتجددة على الشبكة إلى تشغيل السيارات الكهربائية. يعمل نهج فريق ساري أيضًا على تبسيط كيفية تصنيع بطاريات الصوديوم عالية الأداء، مما يساعد على تقريب عملية تخزين الطاقة على نطاق واسع وقابلة للتطبيق تجاريًا.

المرجع: “هيدرات فانادات الصوديوم ذات البنية النانوية كمادة كاثود أيون الصوديوم متعددة الاستخدامات للاستخدام في الوسائط العضوية ولتحلية المياه المائية” بقلم دانيال كوماندور، وفلاد ستولوجان، ومونيكا فيليبي سوتيلو، وجيمس رايت، وديفيد واتسون، وروبرت سي تي سليد، 15 سبتمبر 2025، مجلة كيمياء المواد أ.
دوى: 10.1039/D5TA05128B

التمويل: الجمعية الملكية (رمز المنحة RGR1251473)

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.