باحثون صينيون يبتكرون بطاريات زنك-منغنيز بعمر افتراضي يتجاوز 15 ألف دورة شحن بفضل ذرات الكوبالت

نجح باحثون صينيون في تطوير بطاريات الزنك-المنغنيز، مقدمين حلاً مبتكرًا لمشكلة تراجع كفاءة البطاريات مع تكرار دورات الشحن والتفريغ. مستلهمين من فكرة تنظيم حركة السيارات في مواقف مزدحمة، سعى فريق من المختبر الوطني للهندسة الكيميائية بكلية الكيمياء بجامعة بكين للتكنولوجيا الكيميائية إلى تحسين أداء هذه البطاريات، وهو ما تم نشره في دورية "نانو مايكرو لترز".

تُستخدم بطاريات الزنك وثاني أكسيد المنغنيز تقليديًا في الأجهزة اليومية كالساعات وأجهزة التحكم عن بُعد، لكن الاهتمام البحثي يتجه نحو تطوير بطاريات مائية قابلة لإعادة الشحن لتخزين الطاقة المتجددة ودعم أنظمة الطاقة الاحتياطية. يتطلب هذا تطوير تقنيات تجمع بين التكلفة المنخفضة، السلامة العالية، والقدرة على تحمل دورات شحن وتفريغ متكررة.

يكمن الحل الذي توصل إليه الباحثون الصينيون في إدخال ذرات منفردة من الكوبالت داخل بنية ثاني أكسيد المنغنيز. لم يهدف هذا الإجراء إلى زيادة كمية المادة فحسب، بل إلى تغيير البيئة الإلكترونية والروابط الذرية، مما يتيح للتفاعلات الكيميائية أن تسلك مسارات متعددة، وبالتالي تحسين الاستفادة من المادة الفعالة مع كل دورة شحن وتفريغ.

أظهرت الدراسة أن هذه الآلية الجديدة حققت سعة نوعية بلغت 658 مللي أمبير ساعة لكل غرام، وتجاوزت 15 ألف دورة شحن وتفريغ. تشير هذه النتائج إلى أن التحكم في الحالة الإلكترونية للمعادن الانتقالية وتعديل البنية الذرية للمواد المستخدمة في الأقطاب يمثل مسارًا واعدًا لتطوير بطاريات ذات سعة تخزين مرتفعة وعمر تشغيلي أطول.

يؤكد الباحثون أن هذه الأرقام تعكس أداء البطارية في ظروف الاختبار المعملية، وأنها لا تكفي وحدها لإثبات جاهزيتها للاستخدام التجاري، حيث يتطلب ذلك تقييمًا شاملاً لكفاءتها واستقرارها وسلامتها وقابلية تصنيعها على نطاق واسع. تؤكد الدراسة على أهمية الانتقال من مجرد تغيير مكونات البطارية إلى هندسة سلوك الذرات والإلكترونات داخلها لتحقيق استفادة أكبر من المواد الفعالة وتحسين قدرتها على تخزين الطاقة واستعادتها عبر دورات الاستخدام المتكررة.