توصل العلماء إلى تصميم جديد للبطاريات الصغيرة، متغلبين بذلك على مشكلة أساسية من خلال تطوير كاثودات أكثر كثافة بكثير يمكن طلاؤها " بالكهرباء" مباشرة على رقائق معدنية رقيقة، وفقًا لدراسة حديثة نُشرت بمجلة آدفانسيد ماتيريالز (Advanced Materials).
يمكن لهذه البطاريات الصغيرة الجديدة تخزين 4 أضعاف الطاقة التقليدية، فقد ضاعفت مادة الكاثود الأكثر كثافة تخزين طاقة البطارية الصغيرة 4 مرات.
ويعد هذا توظيفًا بارعًا لواحدة من أكثر الحدود إثارة للاهتمام في أبحاث تطوير البطاريات من الجيل التالي، والتي تعتمد على استخدام المكونات الهيكلية لتخزين الطاقة.
البطارية الصغيرة الجديدة خفيفة للغاية، ويمكن أن تحملها الحشرات، وقد أجرى عليها مهندسون في جامعة بنسلفانيا أبحاثًا، محللين تصميمات مختلفة للبطاريات المدمجة والمتينة التي يمكنها تشغيل الأجهزة الصغيرة القابلة للارتداء لمدة أطول، بالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
والكاثودات هي أحد قطبين كهربائيين في البطارية، وعادة ما تتكون من جزيئات صغيرة مجموعة معًا بحيث يتم تكوين هيكل مسامي، مما يسمح بوجود فجوات هوائية.
ويؤثر هذا على سرعة الأيونات أثناء مرورها عبر البطارية. وقام العلماء بحل هذه المشكلة عن طريق التحول إلى مادة الكاثود الأكثر كثافة والتي تسمح "بالكهرباء" بالمرور مباشرة من خلال الرقائق المعدنية الرقيقة التي تؤدي وظيفة مزدوجة كطبقة واقية ومواد تخزين للطاقة.
وقال جيمس بيكول، رئيس الدراسة، في تقرير نيو أطلس (New Atlas) "تعمل الطبقة الجديدة كموصل للإلكترون وعبوة تمنع وصول الأكسجين والماء إلى البطارية".
وقال الباحثون أيضًا إن تصميمهم الجديد للبطارية الصغيرة ينسق "الطرق السريعة" للكاثود بطريقة تمكن أيونات الليثيوم من التقدم بسرعة عبر الكاثود، لتصل بسرعة أكبر إلى الجهاز.
وقد مكّن هذا المهندسين من بناء بطارية صغيرة بكثافة طاقة تعادل 4 أضعاف ما نراه في تصميمات البطاريات التقليدية عالية التقنية.
وتزن بطاريتهم الصغيرة تقريبًا نفس وزن حبتين من الأرز، بكثافة طاقة 100 ضعف حجمها. وسيشهد الجهاز الجديد سلسلة من التطبيقات المستقبلية، بما في ذلك استخدامها في الأجهزة القابلة للارتداء، والغرسات الطبية (التي تدوم لفترة أطول) والروبوتات الطائرة، والعدد المتزايد من الأجهزة اللاسلكية التي تملأ بسرعة العالم الاجتماعي والتكنولوجي لمجتمعنا المتقدم بشكل متزايد.
وبينما العلماء يواصلون تحسين أداء هذه البطارية الصغيرة الجديدة، يمكننا إضافتها إلى قائمة الأجهزة التي ستحول عالمنا إلى مجتمع تقني مستقبلي يتجاوز أحلامنا.
