هذا الإصلاح الكيميائي البسيط يمكن أن يحدث ثورة في بطاريات التدفق

يمكن لتطور جديد في بطاريات التدفق المعتمدة على البروم أن يجعل تخزين الطاقة على نطاق واسع أرخص وأكثر أمانًا وأطول أمدًا.

تعمل بطاريات التدفق المعتمدة على البروم على تخزين وإطلاق الطاقة من خلال تفاعل كيميائي يشمل أيونات البروميد والبروم العنصري. يوفر هذا النهج العديد من المزايا، بما في ذلك المواد الخام المتاحة على نطاق واسع، والإمكانات الكهروكيميائية القوية، والقابلية الجيدة للذوبان في الشوارد السائلة.

ويأتي التحدي أثناء الشحن، عندما يتم إنتاج كميات كبيرة من البروم. يمكن لهذه المادة شديدة التفاعل أن تلحق الضرر بمكونات البطارية الداخلية، وتقلل من مدة بقاء البطارية، وتزيد التكاليف الإجمالية. تساعد الإضافات الحالية المرتبطة بالبروم على الحد من التآكل، ولكنها غالبًا ما تتسبب في انفصال الإلكتروليت إلى مراحل مختلفة، مما يعطل الأداء ويعقد تصميم النظام.

استراتيجية كيميائية جديدة من طاقة الطبيعة

في دراسة نشرت اليوم (19 ديسمبر) في طاقة الطبيعة، قدم فريق بحث بقيادة البروفيسور شيانفينج لي في معهد داليان للفيزياء الكيميائية (DICP) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) نهجًا كيميائيًا جديدًا لبطاريات التدفق المعتمدة على البروم.

صمم الباحثون تفاعل نقل ثنائي الإلكترون يتضمن البروم ودمجوه بنجاح في بطارية تدفق الزنك والبروم. يُظهر العمل إثباتًا عمليًا للمفهوم والتوسع الناجح نحو نظام بطارية طويل العمر.

تحويل البروم الحر إلى مركب مستقر

ولتحقيق ذلك، أضاف الفريق مركبات الأمين إلى الإلكتروليت، حيث تعمل ككاسحات للبروم. أثناء تشغيل البطارية، يتم استخدام البروم (Br₂) الناتجة عن التفاعلات الكهروكيميائية تتحول إلى مركبات أمينية مبرومة. هذه العملية تقلل من تركيز البروم الحر₂ في المنحل بالكهرباء إلى مستوى منخفض للغاية يبلغ حوالي 7 ملم.

على عكس التفاعل القياسي الذي تقوم فيه أيونات البروميد بنقل إلكترون واحد لتكوين Br₂تتيح العملية الجديدة نقل إلكترونين من أيونات البروميد إلى مركبات الأمين المبرومة. يؤدي هذا التغيير إلى زيادة كثافة طاقة البطارية مع تقليل سلوك التآكل بشكل كبير داخل النظام، مما يساعد البطارية على الاستمرار لفترة أطول.

تكاليف أقل واستقرار طويل المدى على نطاق أوسع

ثم قام الباحثون بتطبيق هذه الكيمياء على بطاريات تدفق الزنك والبروم في اختبارات عملية. لأن المنحل بالكهرباء يحتوي على القليل جدا من Br₂، يمكن للبطارية أن تعمل بثبات باستخدام غشاء التبادل الأيوني التقليدي غير المفلور (SPEEK)، مما يساعد على تقليل التكاليف.

في نظام معزز بقدرة 5 كيلووات، تم تشغيل البطارية بشكل موثوق لأكثر من 700 دورة شحن وتفريغ بكثافة تيار تبلغ 40 مللي أمبير سم3^-2 وحققت كفاءة في استخدام الطاقة تزيد عن 78%. مع بر₂ ظل التركيز منخفضًا للغاية، ولم يتم العثور على أي تآكل في المكونات المهمة – بما في ذلك مجمعات التيار، والأقطاب الكهربائية، والأغشية – سواء قبل أو بعد ركوب الدراجات.

الطريق نحو تخزين الطاقة الدائم على نطاق الشبكة

قال البروفيسور لي: “توفر دراستنا نهجًا جديدًا لتصميم بطاريات التدفق طويلة العمر المعتمدة على البروم وتضع الأساس لمزيد من التطبيق والترويج لبطاريات تدفق الزنك والبروم”.

المرجع: “بطاريات تدفق الزنك/البروم الخالية من التآكل على نطاق الشبكة والتي يتم تمكينها بواسطة تفاعل نقل متعدد الإلكترونات” 19 ديسمبر 2025، طاقة الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41560-025-01907-5

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.