صمم باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مادة بطارية يمكن أن توفر طريقة أكثر استدامة لتشغيل السيارات الكهربائية، حيث تشتمل بطارية الليثيوم أيون الجديدة على كاثود يعتمد على مواد عضوية، بدلاً من الكوبالت أو النيكل، الذى يتم تشغيل العديد من السيارات الكهربائية به، وهو معدن يحمل تكاليف مالية وبيئية واجتماعية باهظة.
ووفقا لما ذكره موقع Phys، أظهر الباحثون أن هذه المادة، التي يمكن إنتاجها بتكلفة أقل بكثير من البطاريات المحتوية على الكوبالت، يمكنها توصيل الكهرباء بمعدلات مماثلة لبطاريات الكوبالت.
وذكر الباحثون أن البطارية الجديدة تتمتع أيضًا بسعة تخزين مماثلة ويمكن شحنها بشكل أسرع من بطاريات الكوبالت.
يقول ميرسيا دينكا، أستاذ الطاقة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، "إنها قادرة بالفعل على المنافسة مع التقنيات الحالية، ويمكنها توفير الكثير من التكاليف والقضايا البيئية المتعلقة بتعدين المعادن التي تدخل حاليًا في البطاريات."
يحتوى الكوبالت على سلبيات كبيرة، وهو معدن نادر، ومن الممكن أن يتقلب سعره بشكل كبير، كما أن قسماً كبيراً من رواسب الكوبالت في العالم تقع في بلدان غير مستقرة سياسياً، ويخلق استخراج الكوبالت ظروف عمل خطرة ويولد نفايات سامة تلوث الأرض والهواء والمياه المحيطة بالمناجم.
بسبب العيوب العديدة للكوبالت، فقد تم إجراء قدر كبير من الأبحاث لمحاولة تطوير مواد بديلة للبطاريات، إحدى هذه المواد هي فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)، والتي بدأت بعض شركات صناعة السيارات في استخدامها في السيارات الكهربائية. على الرغم من أنها لا تزال مفيدة من الناحية العملية، إلا أن LFP لا تحتوي إلا على حوالي نصف كثافة الطاقة لبطاريات الكوبالت والنيكل.
هناك خيار آخر جذاب وهو المواد العضوية، ولكن حتى الآن لم تكن معظم هذه المواد قادرة على مطابقة الموصلية، وسعة التخزين، وعمر البطاريات المحتوية على الكوبالت.
وبسبب موصليتها المنخفضة، تحتاج هذه المواد عادةً إلى الخلط مع مواد رابطة مثل البوليمرات، مما يساعدها في الحفاظ على شبكة موصلة.
منذ حوالي ست سنوات، بدأ مختبر دينكا العمل في مشروع، لتطوير بطارية عضوية يمكن استخدامها لتشغيل السيارات الكهربائية، أثناء العمل على مواد مسامية كانت جزئيًا عضوية وغير عضوية جزئيًا، أدرك دينكا وطلابه أن المادة العضوية بالكامل التي صنعوها تبدو أنها قد تكون موصلًا قويًا.
تتكون هذه المادة من عدة طبقات من TAQ (bis-tetraaminobenzoquinone)، وهو جزيء عضوي صغير يحتوي على ثلاث حلقات سداسية مندمجة، ويمكن لهذه الطبقات أن تمتد إلى الخارج في كل اتجاه، لتشكل بنية مشابهة للجرافيت.
توجد داخل الجزيئات مجموعات كيميائية تسمى الكينونات، وهي خزانات الإلكترون، والأمينات، التي تساعد المادة على تكوين روابط هيدروجينية قوية.
تجعل روابط الهيدروجين هذه المادة مستقرة للغاية وغير قابلة للذوبان أيضًا، تعد عدم القابلية للذوبان ميزة مهمة لأنها تمنع المادة من الذوبان في إلكتروليت البطارية، كما تفعل بعض مواد البطارية العضوية، وبالتالي إطالة عمرها.
وأظهرت اختبارات هذه المادة أن قدرتها على التوصيل والتخزين كانت مماثلة لتلك الموجودة في البطاريات التقليدية المحتوية على الكوبالت.
كما يمكن شحن البطاريات المزودة بكاثود TAQ وتفريغها بشكل أسرع من البطاريات الموجودة، مما قد يؤدي إلى تسريع عملية الشحن.
