نجح باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا باستخدام خدعة هاري بوتر السحرية في تطوير مادة بطارية جديدة “تجميع ذاتي” لإعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية.
ما خدعة هاري بوتر السحرية؟
في الوقت الحالي، ينتهي المطاف بالعديد من بطاريات السيارات الكهربائية المستعملة في مكبات النفايات لأن إعادة التدوير معقدة ومكلفة. وغالبًا ما تستخدم مواد كيميائية قاسية.
حيث يعتمد النهج الجديد لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على عقلية إعادة التدوير أولاً. فبدلاً من تصميم بطارية للأداء ثم معرفة كيفية إعادة تدويرها لاحقًا. قام الفريق بتصميم مكون رئيسي للبطارية ليكون قابلاً لإعادة التدوير بسهولة منذ البداية.
في حين تعمل مادة البطارية هذه كإلكتروليت ، وهو جزء من البطارية يقوم بنقل أيونات الليثيوم بين الكاثود المشحون إيجابيًا والأنود المشحون سلبًا.
ولكن ما يجعلها مميزة للغاية هو قدرتها على التفكك بسرعة عند غمرها في سائل عضوي بسيط.
من جانبه، قال يوكيو تشو، المؤلف الأول للدراسة: “يحمل الإلكتروليت قطبي البطارية معًا ويوفر مسارات أيونات الليثيوم”.
مضيفًا لذا، عندما تريد إعادة تدوير البطارية، يمكن لطبقة الإلكتروليت بأكملها أن تسقط بشكل طبيعي. ويمكنك إعادة تدوير الأقطاب الكهربائية بشكل منفصل.
هاري بوتر .. وإعادة تدوير البطاريات
المادة المبتكرة مستوحى من مشهد في فيلم “هاري بوتر” حيث يقوم “دمبلدور” بتنظيف الغرفة بحركة من معصمه. تساءل الباحث “تشو” عما إذا كان من الممكن تطبيق “سحر” مماثل على إعادة تدوير البطاريات.
وعندما علم تشو بالجزيئات التي يمكنها التجمع في هياكل معقدة والعودة إلى شكلها الأصلي، تصور استخدام هذا المفهوم لإنشاء مادة بطارية قابلة لإعادة التدوير.
تتكون مادة الإلكتروليت المستدامة من جزيئات صغيرة تسمى أمفيفيلات الأراميد (AAs) والتي يمكنها التجمع ذاتيًا في الماء.
كما تم تصميم هذه الجزيئات لتقليد البنية الكيميائية القوية والمستقرة للكيفلار ، وهي مادة مضادة للرصاص.
علاوة على ذلك، تمت إضافة البولي إيثيلين جلايكول “PEG” إلى الجزيئات لتمكينها من توصيل أيونات الليثيوم.
بينما عند تعرضها للماء، تُشكّل الجزيئات تلقائيًا أشرطة نانوية متينة ذات أسطح موصلة للأيونات. يمكن بعد ذلك ضغط هذه الأشرطة النانوية حراريًا لتكوين مادة صلبة.
أوضح تشو قائلاً: “الجزء الأول هو هذه السلسلة المرنة التي تُوفر لنا قاعدةً، أو مُضيفًا، لأيونات الليثيوم للتنقل بينها. أما
أما الجزء الثاني فهو مُكوّن المواد العضوية القوية المُستخدم في مادة الكيفلار، وهي مادة مضادة للرصاص. وهذا ما يجعل الهيكل بأكمله مستقرًا.”
عندما تصبح البطارية غير مفيدة، يتم وضعها في المذيبات العضوية. يؤدي هذا السائل إلى ذوبان الإلكتروليت، الذي يربط طبقات البطارية معًا، تمامًا مثل غزل البنات في الماء.
عندما يتحلل الإلكتروليت، تتفكك البطارية بأكملها، مما يسمح بفرز مكوناتها الفردية وإعادة تدويرها بسهولة.
لقد أثبتت المادة الجديدة التي ابتكرها الفريق أنها قوية ومتينة بما يكفي لتحمل قسوة البطارية العاملة.
ومع ذلك، في حين نجحت الأشرطة النانوية في نقل أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود، فإن التأثير الجانبي المسمى الاستقطاب أدى إلى إبطاء حركة الأيونات أثناء الشحن والتفريغ السريع.
وأخيرًا، أوضح تشو أن تحركت أيونات الليثيوم على طول الألياف النانوية بشكل جيد، ولكن يبدو أن نقل أيون الليثيوم من الألياف النانوية إلى أكسيد المعدن هو النقطة الأكثر بطئًا في العملية.
المصدر: interestingengineering