إنجاز علمي.. 'كاوست' تبتكر حلًا لإطالة عمر البطاريات المائية بأكثر من 10 أضعاف
فقد أظهرت نتائج الدراسة، المنشورة في المجلة العلمية (Science Advances)، كيف تؤثر المياه داخل البطارية سلبًا في عمرها وأدائها، والأهم من ذلك، وجدت الدراسة أن إضافة أملاح منخفضة التكلفة، مثل: كبريتات الزنك، يمكن أن تحدّ من هذه المشكلة، وتزيد من عمر البطارية بأكثر من عشرة أضعاف.
ويفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة لتطوير بطاريات أكثر كفاءة واستدامة، مما يسهم في تعزيز حلول تخزين الطاقة المتجددة في المملكة العربية السعودية.
ما نقاط الضعف الرئيسية في عمر البطاريات المائية؟
يُعدّ المَصْعَد (الأنود) – وهو مسرى كهربائي يمر خلاله تيار كهربائي ضمن جهاز كهربائي ذي أقطاب – أحد العوامل الحاسمة في تحديد عمر البطارية، سواء كانت مائية أم لا، إذ تحدث فيه التفاعلات الكيميائية المسؤولة عن توليد الطاقة وتخزينها، ولكن بعض التفاعلات الجانبية غير المرغوبة تؤدي إلى تدهوره، مما يقلل من عمر البطارية.
وقد أظهرت الدراسة الجديدة أن المياه الحرة – أي جزيئات الماء غير المرتبطة بقوة بجزيئات أخرى – تساهم في حدوث هذه التفاعلات الجانبية، إذ تسمح المياه الحرة بالتفاعل بسهولة مع المزيد من الجزيئات، مما يؤدي إلى تفاعلات غير مرغوبة تستهلك الطاقة وتتلف المَصْعَد.
حل كبريتات الزنك:
أوضحت الدراسة أن وجود كبريتات الزنك يقلل من كمية المياه الحرة داخل البطارية، وأكد البروفيسور حسام الشريف، أستاذ ورئيس مركز كاوست للتميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST)، وقائد الفريق البحثي في هذه الدراسة، أن النتائج تسلط الضوء على أهمية بنية المياه في كيمياء البطاريات، وهي عامل رئيسي مُتجاهل سابقًا.
كما أظهرت الدراسة أن أيونات الكبريتات تعمل بمثابة (لاصق للماء)، إذ تُثبت الروابط بين جزيئات المياه الحرة، وتغيير ديناميكيتها، مما يُقلّل من عدد التفاعلات الكيميائية الضارة التي تُضعف أداء البطارية.
قابلية التطبيق العالمي والأهمية الاقتصادية:
مع من أن الجزء الأكبر من التجارب التي أجرتها كاوست تركزت في بطاريات تستخدم كبريتات الزنك، ولكن النتائج الأولية تشير إلى أن التأثير الإيجابي نفسه يحدث مع مصاعد معدنية أخرى، مما يفتح المجال أمام استخدام أملاح الكبريتات كحل عالمي لزيادة عمر جميع البطاريات المائية القابلة لإعادة الشحن.
وأشار الدكتور يونبي زو، الباحث في كاوست الذي أجرى معظم التجارب، إلى أن أملاح الكبريتات منخفضة التكلفة ومتوفرة على نطاق واسع ومستقرة كيميائيًا، مما يجعل حل كاوست قابلًا للتطبيق من الناحية العلمية والاقتصادية.
وتحظى البطاريات المائية باهتمام عالمي متزايد كحل مستدام لتخزين الطاقة على نطاق واسع، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم سوقها 10 مليارات دولار بحلول عام 2030. وعلى عكس بطاريات الليثيوم الشائعة، تُعدّ البطاريات المائية خيارًا أكثر أمانًا وأقل بصمة بيئية لإدماج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية في شبكات الكهرباء، وهو هدف محوري في مسار تحول الطاقة في المملكة العربية السعودية.
التعاون البحثي ودور مركز CREST:
شارك في هذه الدراسة المهمة إلى جانب البروفيسور حسام الشريف، نخبة من أساتذة كاوست هم: عمر محمد، وعثمان بكر، وشيشيانج زانج، وماني ساراثي.
وأشار الشريف إلى أن هذا الاكتشاف المحوري لم يكن ليتحقق لولا تضافر جهود علماء مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST) في كاوست، الذين يمتلكون خلفيات متكاملة، مثل: تصميم البطاريات، والنمذجة الكهروكيميائية، والأدوات التجريبية المتقدمة مثل التحليل الطيفي والمجهرية.
وقال الشريف: 'تأسس مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في كاوست ليكون رائدًا في مجال ابتكار الطاقة المتجددة في المملكة. وتؤكد النتائج التي حققناها والتحسينات الكبيرة في أداء واستقرار البطاريات المائية ما يمكننا إنجازه في كاوست من خلال توحيد الجهود والاستفادة من خبرات أعضاء المركز المتنوعة والمتميزة'.
الخلاصة:
يمثّل هذا الاكتشاف من كاوست اختراقًا علميًا مهمًا في مجال تخزين الطاقة، ويُمهّد الطريق نحو تطوير بطاريات مائية أطول عمرًا وأكثر استقرارًا وكفاءة. كما يعزز موقع المملكة العربية السعودية كلاعب رئيسي في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، ويؤكد قدرة الجامعات السعودية على المساهمة في حلول علمية ذات تأثير عالمي.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
البيان
منذ 3 أيام
- البيان
ثورة في تخزين الطاقة.. الذكاء الاصطناعي يكشف 5 بدائل خارقة لبطاريات الليثيوم
في خطوة قد تعيد رسم مستقبل تخزين الطاقة، أعلن فريق بحثي من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا عن اكتشاف خمس مواد جديدة قادرة على استبدال بطاريات الليثيوم التقليدية، وذلك باستخدام تقنيات متقدمة من الذكاء الاصطناعي التوليدي، ويُتوقع أن تُحدث هذه المواد، المعتمدة على عناصر وفيرة مثل المغنيسيوم والكالسيوم، ثورة في عالم البطاريات متعددة التكافؤ، لما تتميز به من كفاءة عالية واستدامة بيئية، وسط سباق عالمي لإيجاد بدائل أكثر أمانًا وأقل تكلفة من الليثيوم. استخدم باحثون من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا (NJIT) الذكاء الاصطناعي لمعالجة مشكلة حرجة تواجه مستقبل تخزين الطاقة: إيجاد بدائل مستدامة وبأسعار معقولة لبطاريات الليثيوم أيون وفق sciencedaily. في بحث نُشر في مجلة Cell Reports Physical Science ، نجح فريق معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا، بقيادة البروفيسور ديباكار داتا، في تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي التوليدي لاكتشاف مواد مسامية جديدة بسرعة تُحدث ثورة في بطاريات الأيونات متعددة التكافؤ، تُقدم هذه البطاريات، التي تحتوي على عناصر وفيرة مثل المغنيسيوم والكالسيوم والألمنيوم والزنك، بديلاً واعدًا وفعّالًا من حيث التكلفة لبطاريات أيونات الليثيوم، التي تواجه تحديات عالمية في التوريد وقضايا الاستدامة. بخلاف بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، التي تعتمد على أيونات الليثيوم التي تحمل شحنة موجبة واحدة فقط، تستخدم بطاريات الأيونات متعددة التكافؤ عناصر تحمل أيوناتها شحنتين أو حتى ثلاث شحنات موجبة، هذا يعني أن بطاريات الأيونات متعددة التكافؤ قادرة على تخزين طاقة أكبر بكثير، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لحلول تخزين الطاقة المستقبلية. ومع ذلك، فإن الحجم الأكبر والشحنة الكهربائية الأكبر للأيونات متعددة القيم تجعل من الصعب استيعابها بكفاءة في مواد البطاريات - وهي عقبة يعالجها البحث الجديد الذي أجراه فريق NJIT والمدعوم بالذكاء الاصطناعي بشكل مباشر. قال داتا: "لم تكن إحدى أكبر العقبات نقص التركيبات الكيميائية الواعدة للبطاريات، بل استحالة اختبار ملايين التركيبات المادية". وأضاف: "لجأنا إلى الذكاء الاصطناعي التوليدي كوسيلة سريعة ومنهجية لتحليل هذا المجال الواسع واكتشاف الهياكل القليلة التي يمكن أن تجعل البطاريات متعددة التكافؤ عملية حقًا". وأضافت: "يسمح لنا هذا النهج باستكشاف آلاف المرشحين المحتملين بسرعة، مما يسرع بشكل كبير البحث عن بدائل أكثر كفاءة واستدامة لتكنولوجيا أيونات الليثيوم." للتغلب على هذه العقبات، طوّر فريق معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا نهجًا جديدًا للذكاء الاصطناعي المزدوج: مُشفّر ذاتي متغير الانتشار البلوري (CDVAE) ونموذج لغوي كبير مُعدّل بدقة (LLM). وتمكّنت أدوات الذكاء الاصطناعي هذه، مجتمعةً، من استكشاف آلاف البنى البلورية الجديدة بسرعة، وهو أمرٌ كان من المستحيل تحقيقه سابقًا باستخدام التجارب المعملية التقليدية. تم تدريب نموذج CDVAE على مجموعات بيانات ضخمة من البنى البلورية المعروفة، مما مكّنه من اقتراح مواد جديدة كليًا ذات إمكانيات هيكلية متنوعة. في الوقت نفسه، تم ضبط نموذج LLM للتركيز على المواد الأقرب إلى الاستقرار الديناميكي الحراري، وهو أمر بالغ الأهمية للتركيب العملي. قال داتا: "لقد سرّعت أدوات الذكاء الاصطناعي لدينا عملية الاكتشاف بشكل كبير، حيث كشفت عن خمسة هياكل جديدة كليًا لأكاسيد المعادن الانتقالية المسامية، والتي تُظهر نتائج واعدة للغاية". وأضاف: "تتميز هذه المواد بقنوات مفتوحة وواسعة، مثالية لنقل هذه الأيونات متعددة التكافؤ الضخمة بسرعة وأمان، وهو إنجاز بالغ الأهمية لبطاريات الجيل القادم". وقد قام الفريق بالتحقق من صحة الهياكل التي تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي باستخدام محاكاة ميكانيكا الكم واختبارات الاستقرار، مؤكدين أن المواد يمكن تصنيعها تجريبياً بالفعل وتحمل إمكانات كبيرة للتطبيقات في العالم الحقيقي. وأكد داتا على التأثيرات الأوسع نطاقًا لنهجهم القائم على الذكاء الاصطناعي: "هذا الأمر لا يقتصر على اكتشاف مواد جديدة للبطاريات، بل يتعلق بإنشاء طريقة سريعة وقابلة للتطوير لاستكشاف أي مواد متقدمة، من الإلكترونيات إلى حلول الطاقة النظيفة، دون تجربة أو خطأ مكثف". وبفضل هذه النتائج المشجعة، يخطط داتا وزملاؤه للتعاون مع المختبرات التجريبية لتجميع واختبار المواد المصممة بالذكاء الاصطناعي، ودفع الحدود بشكل أكبر نحو إنتاج بطاريات أيونية متعددة القيم قابلة للتطبيق تجارياً.
البوابة العربية للأخبار التقنية
منذ 4 أيام
- البوابة العربية للأخبار التقنية
إنجاز علمي.. 'كاوست' تبتكر حلًا لإطالة عمر البطاريات المائية بأكثر من 10 أضعاف
حقق علماء من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) تقدمًا علميًا بارزًا في مجال تقنيات تخزين الطاقة المستدامة، بعد أن كشفوا عن سبب جزيئي رئيسي يحدّ من قدرة البطاريات المائية القابلة لإعادة الشحن على أن تكون خيارًا أكثر أمانًا وأقل تكلفة لتخزين الطاقة. فقد أظهرت نتائج الدراسة، المنشورة في المجلة العلمية (Science Advances)، كيف تؤثر المياه داخل البطارية سلبًا في عمرها وأدائها، والأهم من ذلك، وجدت الدراسة أن إضافة أملاح منخفضة التكلفة، مثل: كبريتات الزنك، يمكن أن تحدّ من هذه المشكلة، وتزيد من عمر البطارية بأكثر من عشرة أضعاف. ويفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة لتطوير بطاريات أكثر كفاءة واستدامة، مما يسهم في تعزيز حلول تخزين الطاقة المتجددة في المملكة العربية السعودية. ما نقاط الضعف الرئيسية في عمر البطاريات المائية؟ يُعدّ المَصْعَد (الأنود) – وهو مسرى كهربائي يمر خلاله تيار كهربائي ضمن جهاز كهربائي ذي أقطاب – أحد العوامل الحاسمة في تحديد عمر البطارية، سواء كانت مائية أم لا، إذ تحدث فيه التفاعلات الكيميائية المسؤولة عن توليد الطاقة وتخزينها، ولكن بعض التفاعلات الجانبية غير المرغوبة تؤدي إلى تدهوره، مما يقلل من عمر البطارية. وقد أظهرت الدراسة الجديدة أن المياه الحرة – أي جزيئات الماء غير المرتبطة بقوة بجزيئات أخرى – تساهم في حدوث هذه التفاعلات الجانبية، إذ تسمح المياه الحرة بالتفاعل بسهولة مع المزيد من الجزيئات، مما يؤدي إلى تفاعلات غير مرغوبة تستهلك الطاقة وتتلف المَصْعَد. حل كبريتات الزنك: أوضحت الدراسة أن وجود كبريتات الزنك يقلل من كمية المياه الحرة داخل البطارية، وأكد البروفيسور حسام الشريف، أستاذ ورئيس مركز كاوست للتميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST)، وقائد الفريق البحثي في هذه الدراسة، أن النتائج تسلط الضوء على أهمية بنية المياه في كيمياء البطاريات، وهي عامل رئيسي مُتجاهل سابقًا. كما أظهرت الدراسة أن أيونات الكبريتات تعمل بمثابة (لاصق للماء)، إذ تُثبت الروابط بين جزيئات المياه الحرة، وتغيير ديناميكيتها، مما يُقلّل من عدد التفاعلات الكيميائية الضارة التي تُضعف أداء البطارية. قابلية التطبيق العالمي والأهمية الاقتصادية: مع من أن الجزء الأكبر من التجارب التي أجرتها كاوست تركزت في بطاريات تستخدم كبريتات الزنك، ولكن النتائج الأولية تشير إلى أن التأثير الإيجابي نفسه يحدث مع مصاعد معدنية أخرى، مما يفتح المجال أمام استخدام أملاح الكبريتات كحل عالمي لزيادة عمر جميع البطاريات المائية القابلة لإعادة الشحن. وأشار الدكتور يونبي زو، الباحث في كاوست الذي أجرى معظم التجارب، إلى أن أملاح الكبريتات منخفضة التكلفة ومتوفرة على نطاق واسع ومستقرة كيميائيًا، مما يجعل حل كاوست قابلًا للتطبيق من الناحية العلمية والاقتصادية. وتحظى البطاريات المائية باهتمام عالمي متزايد كحل مستدام لتخزين الطاقة على نطاق واسع، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم سوقها 10 مليارات دولار بحلول عام 2030. وعلى عكس بطاريات الليثيوم الشائعة، تُعدّ البطاريات المائية خيارًا أكثر أمانًا وأقل بصمة بيئية لإدماج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية في شبكات الكهرباء، وهو هدف محوري في مسار تحول الطاقة في المملكة العربية السعودية. التعاون البحثي ودور مركز CREST: شارك في هذه الدراسة المهمة إلى جانب البروفيسور حسام الشريف، نخبة من أساتذة كاوست هم: عمر محمد، وعثمان بكر، وشيشيانج زانج، وماني ساراثي. وأشار الشريف إلى أن هذا الاكتشاف المحوري لم يكن ليتحقق لولا تضافر جهود علماء مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST) في كاوست، الذين يمتلكون خلفيات متكاملة، مثل: تصميم البطاريات، والنمذجة الكهروكيميائية، والأدوات التجريبية المتقدمة مثل التحليل الطيفي والمجهرية. وقال الشريف: 'تأسس مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في كاوست ليكون رائدًا في مجال ابتكار الطاقة المتجددة في المملكة. وتؤكد النتائج التي حققناها والتحسينات الكبيرة في أداء واستقرار البطاريات المائية ما يمكننا إنجازه في كاوست من خلال توحيد الجهود والاستفادة من خبرات أعضاء المركز المتنوعة والمتميزة'. الخلاصة: يمثّل هذا الاكتشاف من كاوست اختراقًا علميًا مهمًا في مجال تخزين الطاقة، ويُمهّد الطريق نحو تطوير بطاريات مائية أطول عمرًا وأكثر استقرارًا وكفاءة. كما يعزز موقع المملكة العربية السعودية كلاعب رئيسي في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، ويؤكد قدرة الجامعات السعودية على المساهمة في حلول علمية ذات تأثير عالمي.
البوابة العربية للأخبار التقنية
منذ 5 أيام
- البوابة العربية للأخبار التقنية
'سدايا' أول جهة حكومية في الشرق الأوسط تنال اعتماد 'CREST' في الأمن السيبراني
'سدايا' أول جهة حكومية في الشرق الأوسط تنال اعتماد 'CREST' في الأمن السيبراني في إنجاز نوعي يؤكد ريادتها في مجالات التقنية والأمن السيبراني، حصلت الهيئة السعودية للبيانات والذكاء الاصطناعي (سدايا) على أربع شهادات اعتماد دولية من منظمة (CREST) العالمية، لتصبح بذلك أول جهة حكومية في منطقة الشرق الأوسط تنال هذا الاعتراف المرموق في مجال الأمن السيبراني. وتعكس هذه الشهادات التزام (سدايا) بتطبيق أعلى معايير الحوكمة والأمن السيبراني العالمية، مما ينسجم مع رؤية المملكة 2030، التي تركز في تطوير الجهات الحكومية والارتقاء بأدائها وفقًا لأفضل الممارسات الدولية، وتدفع نحو التميز المؤسسي، لا سيما في المجالات التقنية والرقمية. تفاصيل الإنجاز والشهادات الممنوحة: يأتي هذا الإنجاز ضمن سلسلة من الشهادات والاعتمادات الدولية، التي حصلت عليها سدايا في مجالات البيانات والذكاء الاصطناعي، كما يعكس الدعم المستمر والمتواصل الذي تحظى به الهيئة من صاحب السمو الملكي الأمير محمد بن سلمان، ولي العهد رئيس مجلس الوزراء رئيس مجلس إدارة الهيئة. ويمكن هذا الدعم سدايا من الاضطلاع بدورها في النهوض بمجال البيانات والذكاء الاصطناعي، وتحفيز نموهما، وتحقيق الاستفادة منهما لخدمة البشرية. وقد حصلت (سدايا) على أربع شهادات من منظمة (CREST) العالمية، مما ينسجم مع مستهدفات رؤية المملكة 2030 الرامية إلى تطوير الجهات الحكومية وتحقيق التميز في الأداء الحكومي. وبالإضافة إلى جهودها في الحصول على هذه الشهادات، تعمل (سدايا) على تمكين منسوبي الجهات الحكومية من الاستخدام الفعّال والمسؤول لأدوات وتقنيات الذكاء الاصطناعي، ويساهم هذا التمكين في رفع الإنتاجية، وتعزيز الكفاءة، وتجويد مهام أعمالهم اليومية. الكفاءات الوطنية ودورها في تحقيق الإنجاز: تمتلك الهيئة السعودية للبيانات والذكاء الاصطناعي (سدايا) كوكبة من الكفاءات الوطنية الشابة المتخصصة في مجالات الأمن السيبراني بمختلف تخصصاته، وتعمل سدايا على صقل مهاراتهم التطبيقية والتعليمية من خلال برامج تدريب متطورة داخل المملكة وخارجها، وبالتعاون مع الجهات الحكومية ذات العلاقة. وتؤكد جهود هذه الكفاءات ما توليه (سدايا) من اهتمام ببناء القدرات الوطنية ورفع مستوى الوعي لديهم في مجال البيانات والذكاء الاصطناعي بمختلف تخصصاته. #سدايا أول جهة حكومية في الشرق الأوسط تنال شهادات دولية من منظمة CREST العالمية في مجال الأمن السيبراني نظير التزامها بأعلى المعايير التقنية والحوكمة بهذا المجال. — SDAIA (@SDAIA_SA) July 30, 2025 وعلاوة على ذلك، تسعى سدايا إلى توفير الإمكانات المتعلقة بالبيانات والقدرات الاستشرافية، وتعزيزها بالابتكار المتواصل في مجال الذكاء الاصطناعي، بما يضمن الارتقاء بالمملكة إلى الريادة ضمن الاقتصادات القائمة على البيانات والذكاء الاصطناعي. معيار (CREST) العالمي: تُعدّ شهادة (CREST) معيارًا عالميًا مرموقًا في مجال الأمن السيبراني، إذ تقدم المنظمة اعتماداتها للجهات الملتزمة والمطبقة للاشتراطات التي تضعها، وفي مقدمتها الالتزام بالإجراءات والتقنيات والحوكمة الخاصة بالضوابط السيبرانية وتطبيقها بنحو صحيح واحترافي. كما تضمن المنظمة أن العمل على هذه الضوابط يُدار عبر أشخاص مؤهلين ومحترفين في تلك المجالات، مما يضمن دقة وجودة عاليتين. ويعكس حصول سدايا على هذه الشهادات التزام المملكة العربية السعودية بتعزيز أمنها السيبراني وبناء قدرات وطنية رائدة في مجال البيانات والذكاء الاصطناعي، بما يدعم رؤية المملكة 2030 لتحقيق التحول الرقمي والتميز الحكومي
