دراسة سعودية: النايلون مصدر الطاقة لبطاريات المستقبل

• أظهر علماء “كاوست” و “كاكست” أن النايلون يعزز أداء بطاريات الليثيوم
• يأتي هذا الإنجاز من خلال فهم الكيمياء التي تذيب النايلون في إلكتروليتات البطاريات
• هذا الاكتشاف هو خطوة واعدة لتطوير بطاريات ليثيوم أرخص، وأكثر أمانًا، وأعلى كفاءة

توصل علماء جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، بالتعاون مع نظرائهم في مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (كاكست)، إلى اكتشاف جديد يمكن أن يزيد قوة بطاريات الليثيوم المعدنية، ويقلل من تكلفتها من خلال دمج النايلون في تصميمها.

إلى جانب انخفاض انبعاثاتها من ثاني أكسيد الكربون، تتميز بطاريات الليثيوم بكثافة طاقتها العالية وخفة وزنها مقارنةً بالبطاريات الأخرى. ولهذا السبب تُستخدم في الهواتف الذكية الصغيرة بما يكفي لوضعها في الجيب، كما أنها أسهمت في تطوير الإلكترونيات الدقيقة التي مكنتنا من السفر إلى الفضاء.

هناك نوعان من بطاريات الليثيوم: بطاريات ليثيوم-أيون، وهي الأكثر شيوعًا تجاريًا، وتُستخدم في أجهزة الحاسب المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة الإلكترونية الأخرى، وبطاريات الليثيوم المعدنية، التي تتميز بكثافة طاقة أعلى، وتُستخدم في مجالات أوسع مثل الروبوتات ووسائل النقل وغيرها من الصناعات. إلا أن إنتاج وتشغيل بطاريات الليثيوم المعدنية الحالية يتطلب مواد كيميائية خطرة ومسببة للتآكل، كما أنها تؤدي إلى تفاعلات غير مرغوبة تقلل من كفاءة البطارية وسلامتها.

وفي هذا السياق، تساعد المواد المضافة الكيميائية في استقرار التفاعلات في هذه البطاريات، مما يحسن أداءها.

ووجدت هذه الدراسين البحثيتين، التي نُشرتا في المجلتين العلميتين (ACS Energy Letters) و (Energy & Environmental Science)، أن النايلون – وهو البوليمر المستخدم في صناعة الملابس – يمكن إذابته في محلول ليثيوم خفيف ليعمل كمادة مضافة لبطاريات الليثيوم المعدنية. وكانت النتيجة بطاريات ليثيوم معدنية أكثر كفاءة، وأطول عمراً، وأقل تفاعلات غير مرغوب فيها.

وقال البروفيسور حسام الشريف، رئيس مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في كاوست، والذي قاد الدراستين:

“يكرس فريقي البحثي جهوده لتطوير حلول مستدامة في مجال الطاقة والتخزين، كتطوير بطاريات ذات كثافة طاقة أعلى وأكثر أمانًا، لتسريع جهود إزالة الكربون وخفض انبعاثاته في المملكة. ويمثل هذا الاكتشاف خطوة نحو استخدام مواد مضافة أرخص وأكثر أمانًا، وهو دليل على أهمية البحوث العلمية الأساسية”.

من جانبه، أكد الدكتور حسام قاسم، المدير العام لمعهد تقنيات الطاقة المستقبلية في “كاكست”، على أهمية هذا التطور، قائلاً” يسهم هذا البحث في تطوير بطاريات خفيفة الوزن مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الأمان، مما يدعم مستهدفات المملكة في ريادة تصنيع المركبات الكهربائية ويفتح آفاقًا جديدة لاستخدامها في تطبيقات الطيران.”

وسلط الدكتور حسام الضوء على المختبر الوطني بكاكست ودوره في تسريع أثره مستقبلا، قائلاً: “تعمل كاكست، ممثلةً بمعهد تقنيات الطاقة المستقبلية، وبالشراكة مع مركز CREST، على إنشاء خط إنتاج تجريبي للبطاريات المبتكرة لسد الفجوة بين مخرجات الأبحاث المخبرية الأساسية والتصنيع على النطاق التجاري، مبيناً أن هذا المشروع يهدف إلى رفع مستوى تقنيات البطاريات الواعدة، مثل تلك المطورة في هذا البحث، لتقريبها من التطبيقات العملية في المركبات الكهربائية والطيران. كما ستعزز هذه الخطوة ثقة القطاع الصناعي بهذه الابتكارات، مما يشجع على الاستثمار فيها ويسرّع من وتيرة تحولها إلى حلول تجارية قابلة للتطبيق.”

وكانت كاوست قد افتتحت مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في سبتمبر 2023 تماشيًا استراتيجيتها الجديدة “أثر متسارع” للنهوض بالأبحاث العلمية التي تدعم أولويات البحث والتطوير والابتكار في المملكة العربية السعودية التي تستثمر بكثافة في تقنيات الطاقة المستدامة، حيث أعلنت المملكة التزامها بأن تصبح اقتصادًا محايدًا للكربون بحلول عام 2060