في الوقت الذي تهيمن فيه بطاريات أيونات الليثيوم على سوق الطاقة العالمية، يظهر منافس جديد قد يعيد رسم خريطة تخزين الطاقة، وهي بطاريات أيونات الكالسيوم شبه الصلبة. هذه التقنية الواعدة تأتي لتجيب عن تحديات استدامة الطاقة، ارتفاع تكلفة الليثيوم، ومحدودية موارده، من خلال بطارية أكثر وفرة وأقل تكلفة مع أداء متفوق قد ينافس الحلول الحالية.
بطاريات أيونات الكالسيوم شبه الصلبة. هذه التقنية الواعدة تعد بحل تحديات ارتفاع تكلفة الليثيوم وندرة موارده، مع تقديم أداء متميز وعمر طويل يصل إلى 1000 دورة شحن وتفريغ.
وقام باحثون في جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا بتطوير بطارية أيونات الكالسيوم تعتمد على إلكتروليتات شبه صلبة مبتكرة مبنية على هياكل عضوية تساهمية نشطة للأكسدة والاختزال. التحدي الأكبر الذي واجه الباحثين في السابق كان بطء حركة أيونات الكالسيوم (Ca²+) عبر الإلكتروليت، مما يقلل من كفاءة البطارية ويؤدي إلى تدهور الأداء مع دورات الشحن والتفريغ المتكررة.
ولحل هذه المشكلة، صمم الفريق إلكتروليتات شبه صلبة غنية بالكربونيل، تُنشئ قنوات مرتبة لتوجيه أيونات الكالسيوم بكفاءة عبر الهيكل. هذا التصميم المبتكر ساهم في تحسين موصلية الأيونات إلى 0.46 ملي سيمنز/سم، وقدرة نقل أيونات الكالسيوم إلى أكثر من 0.53 عند درجة حرارة الغرفة، مما يضمن سرعة عالية وتحركاً سلساً للأيونات داخل البطارية.
نتج عن هذه التكنولوجيا بناء خلية بطارية كاملة أظهرت سعة نوعية قابلة للعكس تصل إلى 155.9 مللي أمبير/غرام عند 0.15 أمبير/غرام، مع احتفاظ أكثر من 74.6% من السعة بعد 1000 دورة شحن وتفريغ. هذه الأرقام تعكس استقراراً طويل الأمد للبطارية وقدرتها على تحمل الاستخدام المكثف، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة.
إضافة إلى الأداء العالي، توفر الإلكتروليتات شبه الصلبة مزايا أمان كبيرة مقارنة بالأنظمة السائلة التقليدية، حيث تقلل من مخاطر التسرب وتحسن الاستقرار الميكانيكي للبطارية، مما يجعلها خياراً جذاباً لتطبيقات تتطلب أماناً طويل الأمد وكفاءة عالية.
ويشير البروفيسور يونسوب كيم، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية بجامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا، إلى أن هذا البحث يسلط الضوء على الإمكانات التحويلية لبطاريات أيونات الكالسيوم كبديل مستدام لتكنولوجيا الليثيوم، مؤكدا أن الفريق حقق خطوة مهمة نحو حلول تخزين الطاقة عالية الأداء التي تلبي متطلبات المستقبل الأكثر استدامة، وفقا لموقع "interestingengineering".
مع استمرار البحث والتطوير، يبدو أن بطاريات الكالسيوم ليست مجرد بديل محتمل، بل منافس قوي قادر على تغيير قواعد اللعبة في سوق الطاقة العالمي، خاصة في ظل الحاجة المتزايدة لحلول فعالة، آمنة، وميسورة التكلفة لتخزين الكهرباء.