تطوير بطارية ماغنسيوم-هواء على الورق مستوحاة من دورة البناء الضوئي

قام فريق البحث في المعهد المتقدم لأبحاث المواد (AIMR) في جامعة توهوكو بإنشاء بطارية مغنيسيوم-هواء على أساس ورقي بسيط يمكن استخدامها، على سبيل المثال، في أجهزة استشعار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو تكنولوجيا الاستشعار الأخرى. واستلهامًا من الطريقة التي تطبق بها النباتات عملية التمثيل الضوئي، استفادوا من إمكانية إعادة التدوير وخفة الورق، مما يجعل البطارية واعدة كمصدر طاقة أكثر مراعاة للبيئة.

تم نشر البحث ذي الصلة في RSC Applied Interfaces. تتمتع البطارية أيضًا بميزة مفيدة تتمثل في تنشيطها من خلال الماء.

لأكثر من ألفي عام، كان الورق عنصرًا أساسيًا في الحضارة الإنسانية كأساس للكتابة، ولكنه أصبح الآن أيضًا الأساس لبطارية خفيفة الوزن للغاية. علاوة على ذلك، فإن المكونات الأخرى للبطارية ليست بلاستيكية، بل تعتمد على مواد وفيرة ومنخفضة التكلفة.

من بين أمور أخرى، فهي قابلة للتحلل الحيوي وهذا يجعلها قابلة للتطبيق على نطاق واسع.

مخطط البطارية الورقية وتطبيقه على جهاز استشعار GPS

الآن، قدم فريق من الباحثين من جامعة توهوكو بطارية ورقية عالية الأداء من المغنيسيوم والهواء (Mg-air).

وأكد هيروشي يابو، المؤلف المقابل للدراسة: "لقد استلهمنا هذا الجهاز من آلية التنفس في النباتات". "تشبه عملية التمثيل الضوئي عملية شحن وتفريغ البطاريات. وكما تستخدم النباتات الطاقة الشمسية لتصنيع السكر من مياه التربة وثاني أكسيد الكربون في الهواء، تستخدم بطارياتنا المغنيسيوم كركيزة لتوليد الطاقة من الأكسجين والماء.

ولتصنيع البطارية، قام يابو وزملاؤه بلصق ورقة من المغنيسيوم على الورقة، ثم أضافوا محفز الكاثود وطبقة انتشار الغاز مباشرة إلى الجانب الآخر من الورقة.

حققت البطارية الورقية جهد دائرة مفتوحة يبلغ 1.8 فولت، وكثافة تيار 1.0 فولت تبلغ 100 مللي أمبير/سم² وأقصى خرج يبلغ 103 مللي واط/سم².

وأضاف يابو: "لم تظهر البطارية نتائج أداء مثيرة للإعجاب فحسب، بل إنها تعمل دون استخدام مواد سامة - بدلاً من ذلك باستخدام كاثودات الكربون والمحفز الكهربائي الصبغي الذي اجتاز تقييمات صارمة".

قام الباحثون باختبار البطارية باستخدام مستشعر مقياس التأكسج النبضي ومستشعر نظام تحديد المواقع (GPS)، مما يوضح تعدد استخداماتها للأجهزة القابلة للارتداء.

وحقيقة أنه يمكن تفعيلها بالماء توفر أيضًا نوعًا من التبديل الذي يمكن أن يسهل التنشيط في ظروف معينة: تخيل مستشعر GPS متصلاً بإحدى هذه البطاريات في جهاز الطوارئ ليتم تثبيته على سفينة أو طائرة تحلق فوق البحر .

المقالة تطوير بطارية المغنيسيوم والهواء على الورق المستوحاة من دورة التمثيل الضوئي تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .