هل تلوح في الأفق طفرة في صناعة البطاريات الصغيرة؟

طور باحثون من جامعة فرايبورغ بطارية صور متكاملة بشكل متجانس باستخدام ‏مواد عضوية قادرة على تشغيل الأجهزة المصغرة. تحقق بطارية الصور قدرة ‏تفريغ عالية غير مسبوقة تبلغ 3.6 فولت.‏

وتحقق بطارية الصور المتكاملة والمصنوعة من مواد عضوية قدرة تفريغ تبلغ ‏‏3.6 فولت. حقوق الصورة: روبن ويسلينج. انقر فوق هذا الرابط للوصول إلى ‏ورقة الدراسة التي لم تكن متخلفة عن نظام حظر الاشتراك غير المدفوع عند ‏النشر.‏

ويمكن للأجهزة وأجهزة الاستشعار الذكية المتصلة بالشبكة تحسين كفاءة استخدام ‏الطاقة في المنتجات والمباني الاستهلاكية من خلال مراقبة استهلاكها في الوقت ‏الفعلي.‏

تتطلب الأجهزة المصغرة مثل هذه التي يتم تطويرها في إطار مفهوم إنترنت ‏الأشياء مصادر طاقة مدمجة قدر الإمكان حتى تعمل بشكل مستقل.‏

ويمكن استخدام البطاريات المدمجة بشكل متجانس والتي تقوم في نفس الوقت بتوليد ‏وتحويل وتخزين الطاقة في نظام واحد لهذا الغرض.‏

هذا، ولن تحتاج الأجهزة التي تعمل بالطاقة الذاتية إلى مصادر طاقة سلكية حيث ‏قام فريق العلماء في مجموعة التميز في أنظمة المواد الحية والتكيفية والمستقلة ‏للطاقة (‏livMatS‏) بجامعة فرايبورغ بتطوير بطارية صور متكاملة بشكل متجانس ‏تتكون من بطارية عضوية قائمة على البوليمر وخلية شمسية عضوية متعددة ‏الوصلات.‏

وتعد البطارية، التي قدمها رودريجو ديلجادو أندريس والدكتور أولي فورفيل، من ‏جامعة فرايبورج، وروبن ويسلينج والأستاذ الدكتور بيرجيت إيسر، من جامعة ‏أولم، أول بطارية صور متكاملة بشكل متجانس مصنوعة من مواد عضوية لتحقيق ‏إمكانية التفريغ البالغة 3.6 فولت.‏

وطور الباحثون طريقة قابلة للتطوير لبطارية الصور التي تسمح لهم بتصنيع خلايا ‏شمسية عضوية من خمس طبقات نشطة.‏

وأوضح ويسلينغ: «يحقق النظام جهدًا عاليًا نسبيًا يبلغ 4.2 فولت باستخدام هذه ‏الخلية الشمسية».‏

وقام الفريق بدمج هذه الخلية الشمسية متعددة الوصلات مع ما يسمى ببطارية ‏الأيونات المزدوجة، والتي يمكن شحنها بتيارات عالية، على عكس كاثودات ‏بطاريات الليثيوم التقليدية.

ومن خلال التحكم الدقيق في شدة الإضاءة ومعدلات ‏التفريغ، تكون بطارية الصور التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة قادرة على الشحن ‏السريع في أقل من 15 دقيقة بقدرات تفريغ تصل إلى 22 مللي أمبير ساعة لكل ‏جرام (‏mAh g-1‎‏).‏

وبالاشتراك مع متوسط إمكانات التفريغ البالغة 3.6 فولت، يمكن للأجهزة توفير ‏كثافة طاقة تبلغ 69 مللي واط/ساعة لكل جرام (‏mWh g-1‎‏) وكثافة طاقة تبلغ 95 ‏مللي واط لكل جرام (‏mW g-1‎‏).‏

وقال ويسلينج: "وبالتالي فإن نظامنا يضع الأساس لمزيد من الأبحاث المتعمقة ‏والتطورات الإضافية في مجال بطاريات الصور العضوية".‏

هذه هي البطارية الصغيرة تمامًا! وباقترانها بالخلية الشمسية، سيتم توسيع القدرة ‏على المراقبة بشكل كبير. لا تزال تقنية جديدة للغاية، ولدينا القليل من المعلومات، ‏ولكن 3.6 فولت أفضل بكثير من 1.5 أو حتى 3.0 على التوالي.‏