ابتكر باحثون من نوعًا جديدًا من الكربون يمكن أن يجعل البطاريات في هواتفنا الذكية و الأجهزة اللوحية و و أجهزة الكمبويتر المحمولة أكثر أمانًا و كفاءة.
و أعلن فريق دولي من الباحثين ، بقيادة جامعة “لانكستر” و جامعة “جيلين” في الصين ، عن أول كربون مسامي يتم تكوينه عضويًا ، و يدعى “OSPC-1” ، نشرت الدراسة في المجلة العلمية Angewandte Chemie.
و أظهر الكربون الجديد إمكانات استثنائية كمواد للأنودات في بطاريات الليثيوم و أي نوع البطاريات التي تشغل الملايين من الأجهزة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأدوات الكهربائية ، فضلاً عن استخدامها في تصناعات أخرى، مثل الأقمار الصناعية و الطائرات التجارية و السيارات الكهربائية.
المواد القياسية الصناعية المستخدمة في الأنودات داخل بطاريات الليثيوم أيون هي نوع من الكربون يسمى الجرافيت. و قارن العلماء أداء كربون”OSPC-1″ ضد الجرافيت واكتشفوا أنه قادر على تخزين أكثر من ضعف عدد أيونات الليثيوم ، و كذلك سعة الطاقة في نفس سرعة الشحن متوسطة المدى.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لـ “OSPC-1” تخزين أيونات الليثيوم بأكثر من ضعف معدل الجرافيت، أي أن سرعة الشحن يمكن أن تكون أسرع بمرتين. و يمكن أيضًا تحسين سرعات التفريغ بشكل كبير ، مما يعني أنه يمكن استخدامه أيضًا لتشغيل المزيد من التطبيقات المستهلكة للطاقة.
و بشكل فريد ، تم إنشاء كربون “OSPC-1” على المستوى الجزيئي باستخدام تقنية معقدة تسمى “Eglinton homocoupling”. ويشمل ذلك إزالة السليكون من مجموعات (كربون-سليكون) لإنتاج روابط (كربون-كربون). حيث أن هيكل الناتج هو غير متبلور ، أي مستقر جداً و أكثر ناقلية.
الميزة الأخرى في “OSPC-1” هي السلامة. حيث لا يشكل تشعبات. بالمقارنة مع ألياف الليثيوم المعدنية التي يمكن أن تتشكل عندما يعلق الليثيوم على سطح الجرافيت. حيث إذا كان التشعبات تتراكم وتصل إلى الكاثود ، فبإمكانها أن تفسد بطاريات الليثيوم أيون ذات الدائرة الكهربائية القصيرة وتتسبب في انفجارها.
و يبدو أيضًا أن “OSPC-1” أطول عمرا من الجرافيت. حيث اختبره فريق الباحثين أكثر من 100 في دورات شحن و تفريغ ، ولم تكن هناك علامات تدل على حدوث تدهور. أما الجرافيت فهو يتوسع ويتقلص في كل مرة يتم شحنه وتفريغه ، مما يجعله عرضة للتدهور.
ومع ذلك ، يعد الجرافيت معيار الصناعة لأنه رخيص جدا بالنسبة للإنتاج التجاري ويمكن الحصول عليه بسهولة. و يعترف الباحثون بأن “OSPC-1” سيكون أكثر تكلفة في الإنتاج ، على الأقل في البداية. لذلك ، يعتقد الباحثون أن التطبيقات الأكثر ترجيحًا لأن يستخدم فيها الكربون الجديد هي المركبات الفضائية والطائرات.
وقال الدكتور “أبي تريوين” ، من جامعة “لانكستر” ، و الباحث الرئيسي في الدراسة: “لقد استخدم فريقنا طريقة جديدة تمامًا لإنتاج الكربون المسامي الوحيد المصمم على المستوى الجزيئ”. هذه المادة الجديدة ، “OSPC-1″ ، هي مادة أنود واعدة للغاية لبطاريات الليثيوم أيون مع قدرة عالية ، وقدرة مذهلة على الشحن والتفريغ ، و إمكانية عمر أطول ، و كذلك لتحسين أداء السلامة بشكل كبير”.
و أضاف : “نعتقد أن OSPC-1 لديه إمكانات كبيرة في تلك الحالات التي يمكن أن يؤدي فيها العطل إلى خسائر في الأرواح ، أو فقدان معدات باهظة الثمن في حالة الأقمار الصناعية”.
يمكن لهذه الطريقة المستخدمة من قبل فريق الباحثين أن تتوسع الى إمكانيات أخرى مثل المواد الكربونية ثلاثية الأبعاد الأخرى ، و يطمح كذلك الباحثين الى إنشاء عائلة جديدة من مواد الكربون المسامية و التي يمكن أن تكون مفيدة في مجالات : تخزين الطاقة ، الأجهزة الإلكترونية ، التحفيز ، تقنيات تخزين و معالجة الغاز.
