بطاريات المنغنيز.. تقنية صينية جديدة تزيد سعة تخزين الطاقة 409 %

حقق فريق بحثي صيني تقدماً جديداً في تطوير بطاريات المنغنيز، بعدما ابتكر طريقة رفعت قدرتها على تخزين الطاقة بنسبة 409%، في خطوة قد تسهم في تحسين تقنيات تخزين الكهرباء ودعم الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة.

وتمكن باحثون في جامعة شنغهاي من تحقيق هذه النتيجة باستخدام تركيبة جديدة للإلكتروليت، وهو الوسط الذي يسمح بانتقال الأيونات داخل البطارية، إذ أضافوا جزيئات صلبة من ثاني أكسيد المنغنيز إلى المحلول التقليدي، لتكوين خليط شبه صلب يساعد على زيادة كمية المادة الفعالة المتاحة لتخزين الطاقة.

ووفقاً للدراسة المنشورة في مجلة «Nano-Micro Letters» ، وصلت سعة التخزين الحجمية للنظام الجديد إلى 156.2 أمبير ساعة لكل لتر، مقارنة بالأنظمة التقليدية المعتمدة على كبريتات المنغنيز، بزيادة بلغت 409%.

وتعالج هذه الطريقة إحدى المشكلات الرئيسية التي تحد من أداء بطاريات المنغنيز، وهي محدودية ذوبان المادة الفعالة في المحلول، ما يقلل كمية الطاقة التي يمكن تخزينها.

واعتمد الفريق على إضافة ثاني أكسيد المنغنيز الصلب بتركيز مرتفع، ما ساعد على رفع تركيز أنواع المنغنيز الذائبة إلى مستويات أكبر من تلك التي تسمح بها المحاليل التقليدية.

ولم تقتصر النتائج على زيادة سعة التخزين، بل أظهرت التجارب قدرة النظام على الحفاظ على أداء جيد عند معدلات شحن وتفريغ مرتفعة، إذ سجل سعة تجاوزت 151 أمبير ساعة لكل لتر عند كثافة تيار تبلغ 30 ملي أمبير لكل سنتيمتر مربع، مع كفاءة طاقة تزيد على 71%.

كما أظهرت الاختبارات أن إضافة ثاني أكسيد المنغنيز تسهم في تحسين التفاعلات الكيميائية داخل البطارية، إذ تتحول جزيئاته خلال التفريغ إلى أيونات منغنيز ذائبة، بينما تساعد التفاعلات أثناء الشحن على إعادة تكوين المادة الفعالة.

وفي اختبارات أخرى، تمكن النظام من إكمال 100 دورة شحن وتفريغ، مع كفاءة كولومبية بلغت نحو 99%، وكفاءة طاقة وصلت إلى 76%.

وتبرز أهمية هذا الابتكار في أن المنغنيز مادة متوافرة ومنخفضة التكلفة نسبياً، ما يجعله خياراً واعداً لتطوير أنظمة تخزين الكهرباء، خصوصاً مع التوسع في استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، التي يتغير إنتاجها بحسب الظروف الجوية.

ومع ذلك، لا تزال التقنية في مرحلة البحث والتطوير، وتواجه بعض التحديات، من بينها فقدان جزء من السعة مع تكرار دورات التشغيل وانتقال المنغنيز بين مكونات النظام.

ولا تستهدف هذه التقنية بطاريات الهواتف أو السيارات الكهربائية بصورة مباشرة، بل تركز على بطاريات التدفق شبه الصلبة المستخدمة في تخزين الكهرباء بكميات كبيرة، بما قد يساعد مستقبلاً على تحسين كفاءة شبكات الطاقة المتجددة وتقليل تكلفة تخزين الكهرباء.