صدفة قد تحدث ثورة في العالم والتكنولوجيا

بين الحين والآخر ، يبدو أن التكنولوجيا الثورية تظهر تلقائيًا من فراغ وتغير عالمنا. الديناميت والبنسلين وآلات الأشعة السينية وحتى أجهزة الميكروويف كلها أمثلة على هذه الاكتشافات العرضية الثورية. 

حسنًا ، قد يكون لدينا هذا العام صدفة جديدة. ومع ذلك ، هذه المرة ليس فقط لإحداث ثورة في الطريقة التي نعيش بها ، ولكن من المحتمل أن تنقذ كوكبنا من تغير المناخ الذي يلوح في الأفق من خلال إطلاق تكنولوجيا مراوغة: بطاريات الليثيوم الكبريت.

لعقود من الزمان ، كنا نبحث عن أفضل التقنيات لأسلوب حياتنا الحديث وتمكين التكنولوجيا النظيفة ، مثل السيارات الكهربائية. منذ أوائل التسعينيات ، كانت تقنية البطاريات المفضلة هي الليثيوم أيون . 

إنها تزود كل شيء بالطاقة من الهواتف و تسلا إلى مرافق النسخ الاحتياطي لشبكة الطاقة وحتى الأقمار الصناعية. لكن على الرغم من حقيقة أننا دخلنا إلى القرن الحادي والعشرين ، إلا أن لديهم بعض السلبيات الشديدة .

أولاً ، المواد اللازمة لبناءها ، مثل الكوبالت ، عادة ما تكون ضارة بيئيًا للغاية وخاصة أثناء استخراجها. إنها تدمر معظم النظم البيئية ويتسرب منها بعض المواد الكيميائية السامة. (من الناحية العملية ، هناك أيضًا قضية إنسانية، حيث أن بعض ظروف العمل في المناجم مميتة وتستخدم عمالة الأطفال.)

ثم هناك مشكلة دورة حياة البطارية. نحن في تسارع في الطلب على تكرار الشحن وخاصة بشكل أسرع لأجهزتنا. هذا ينطبق على كل شيء من الهواتف إلى السيارات. ولكن ، كما سيخبرك أي شخص لديه هاتف ذكي ، يمكن لبطاريات الليثيوم أيون أن تفقد سعتها بسرعة إذا قمت بشحنها بشكل متكرر بسرعة.

يعد تدهور البطارية مصدر قلق خطير ، خاصة بالنسبة لعالم السيارات الكهربائية. يمكن أن تكون المركبات الكهربائية المستعملة في بعض الأحيان عديمة الفائدة إذا تم استنفاد البطارية ، الأمر الذي سيكلف مرة أخرى لاستبدالها . بشكل عام، يؤدي هذا إلى إبطاء اعتماد المركبات الكهربائية ويعني أيضًا أن النفايات الإلكترونية ، التي تمثل بالفعل مشكلة كبيرة ، ستزداد سوءًا.

هناك أيضًا مشكلة كثافة حزم الليثيوم كثيفة الطاقة نسبيًا ، لكنها لا تزال ثقيلة جدًا وكبيرة الحجم وضخمة. هذا يحد من نطاق السيارات الكهربائية لأن البطاريات ثقيلة جدًا ، ويجعل البطاريات غير مجدية لبعض التطبيقات ، مثل الطائرات والسفن الكهربائية التجارية.

حتى أن هناك مشكلة الاحتراق في بطاريات الليثيوم ، حيث يمكن للخلية التالفة أن تشتعل تلقائيًا وتحترق بشدة. ما عليك سوى إلقاء نظرة على ما حدث مع بعض هواتف Samsung القديمة (Note 7) و Rimac EV 

هذا هو السبب في أن العلماء في دريكسل كانوا يبحثون عن نوع جديد تمامًا من البطاريات ، يُعرف باسم كبريت الليثيوم .

من الظاهر أن كبريت الليثيوم يحل جميع مشاكل الليثيوم أيون . إنها تستخدم مواد أقل ضررًا بيئيًا ، ويمكن أن يكون إنتاجها أرخص ، ويمكن أن تكون أكثر كثافة للطاقة بثلاث مرات (بمعنى بطارية أخف وزنًا) وأقل احتمالية بكثير للاشتعال فيها. كل ذلك دون تغيير على سرعة الشحن. 

إذن ، ما الفائدة؟ لماذا لا يتم تصنيعهم بالفعل؟

حسنًا ، لدينا مشكلة واحدة كبيرة . في حين يمكن استخدام بطارية ليثيوم أيون لحوالي 2000 دورة شحن ، عادةً ما يقتصر كبريت الليثيوم على حوالي نصف هذا العدد. لذلك ، بعد عام أو عامين من الاستخدام السليم ، تكون بطارية الليثيوم-الكبريت ميتة بشكل حتمي. 

يمكن أن تكون بطاريات كبريت الليثيوم أرخص في الإنتاج وأن تكون أكثر كثافة للطاقة بثلاث مرات من بطاريات الليثيوم أيون.

إذن ولحل هذه المشكلة، كان فريق دركسل يجرب شيئاُ جديداً مع كبريت الليثيوم ، عن طريق تغيير المركبات في كاثود البطارية. 

كان هدفهم هو إبطاء التفاعل الكيميائي الذي ينتج عنه عديد الكبريتيدات عند شحن البطارية وتفريغها. تزيل هذه البلورات الكبريت بشكل فعال من القطب وتسبب في النهاية خسارة هائلة في السعة. قد يؤدي إبطائها إلى جعل هذه البطاريات كثيفة الطاقة تدوم لفترة أطول.

لكن ما وجدوه بدلاً من ذلك كان شيئًا لا يصدق: تفاعل كيميائي من الكبريت توقف بشكل أساسي تدهور البطارية ! لقد صُدموا جدًا بهذا الاكتشاف لدرجة أنهم اضطروا إلى التحقق 100 مرة للتأكد من أنهم لم يخطئوا في قراءته.

تُعرف هذه المرحلة الكيميائية باسم كبريت طور جاما أحادي الميل، دعك من الاسم ولكن بالعادة هذا التفاعل لم يتم ملاحظته من قبل إلا في المختبر في درجات حرارة عالية – أعلى من 95 درجة مئوية (203 درجة فهرنهايت). هذه هي المرة الأولى التي يتم رؤيتها في درجة حرارة الغرفة. 

في البطارية ، توقف هذه المرحلة تمامًا التفاعل الذي ينتج عنه متعدد الكبريتيتد. كان هذا فعالًا لدرجة أن العلماء أرسلوا البطارية خلال 4000 دورة شحن دون انخفاض في السعة ، مما يعني أنها تدوم على الأقل ضعف عمر أيون الليثيوم.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن بطاريتهم كانت كثيفة الطاقة بثلاث مرات مثل ليثيوم أيون ويمكن شحنها بنفس السرعة!

القول بأن هذا اكتشاف رائع هو بخس كبير. لكن هذه المرحلة الجديدة من الكبريت لها أيضًا فوائد أخرى ، مثل تقليل توسع البطارية وزيادة هوامش الأمان. بعبارة أخرى ، تحتوي هذه البطارية على جميع السمات المميزة لبطارية السوق الشامل المطلقة ، وقد وجدها هؤلاء العلماء عن طريق الصدفة البحتة.

كما هو الحال مع معظم الاكتشافات العرضية ، لم يتوصل العلماء بعد إلى ما يحدث بالفعل. ما زالوا لا يعرفون سبب تكون هذه المرحلة من الكبريت أو كيفية التأكد من بقائها على هذا النحو. لذلك هناك حاجة إلى مزيد من البحث للإجابة على هذه الأسئلة من أجل تطوير بطارية موثوقة يمكن استخدامها في مليارات أجهزة الكمبيوتر والسيارات الكهربائية وما شابه.

لكن الأمر يستحق الانتظار لأن هذه البطاريات ستزن ثلث بطاريات الليثيوم أيون المكافئة ولديها ضعف عمرها! 

ستتمتع الرحلات القصيرة وسفن الشحن وعبارات الركاب بتقنية تسمح لها بالعمل بالكهرباء بالكامل.

وهذا يعني أن المركبات الكهربائية الأسرع والأكثر كفاءة مع مدى آلاف الأميال ستكون قابلة للتطبيق تجارياً بتكلفة مماثلة للمركبات الكهربائية اليوم. علاوة على ذلك ، ستظل مفيدة في الواقع خلال 10 سنوات ، مما يقلل بشكل كبير من النفايات ويزيد من معدل اعتماد المركبات الكهربائية.

علاوة على ذلك ، ستتمتع الرحلات القصيرة وسفن الشحن وعبارات الركاب بتقنية تسمح لها بالعمل بالكهرباء بالكامل. سيعني توفير الوزن والعمر الطويل والسعر التنافسي أن هذه القطاعات يمكنها أخيرًا تحقيق أهدافها منخفضة الكربون. 

باختصار ، يمكن لبطاريات الليثيوم-الكبريت أن تسمح لمجموعة كبيرة من الأنشطة بالتحول إلى العمل بالكهرباء ، مما يجعل الانبعاثات الصافية الصفرية أكثر جدوى.

بشكل لا يصدق ، إنه يصبح أفضل.

الليثيوم والكبريت والمواد الأخرى التي تصنع هذه البطارية الجديدة متوفرة بكثرة في جميع أنحاء الأرض . هذا يعني أنه يمكننا تقليل التأثير البيئي للتعدين بشكل كبير ، وكذلك ضمان سلسلة توريد أقوى.

لكن هذه ليست نهاية هذا الاكتشاف. يبحث فريق دريكسل بالفعل في استخدام هذا الاختراق لصنع بطاريات كبريت الصوديوم . من خلال إزالة الحاجة إلى الليثيوم ، يمكنهم جعل البطاريات أكثر صداقة للبيئة والقضاء على عنق الزجاجة الهائل في سلسلة التوريد ، مما يضمن استمرار اعتماد المركبات الكهربائية بالسرعات الفائقة التي تخطط لها شركات صناعة السيارات. 

تم تعيين هذا الاكتشاف العرضي في دركسل لإحداث ثورة في استخدام الطاقة في العالم ومساعدة البشرية على الانتقال نحو مجتمع أنظف وخالي من الكربون. دعونا نأمل فقط أن يتمكن فريق دركسل من إخراج هذه التكنولوجيا من المختبر إلى أيدينا قريبًا.

بقلم ويليام لوكيت