طور فريق بحثي بقيادة علماء من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) جهازًا هجينًا جديدًا لتخزين طاقة أيونات الزنك، حيث صُنعت أقطابه الكهربائية بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، محققًا كثافة طاقة تبلغ سبعة أضعاف الأجهزة المماثلة. نُشرت الدراسة ذات الصلة في العدد الجديد من مجلة "Small".

يخزن أحد طرفي الجهاز الجديد الطاقة مثل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، بينما يعتمد الطرف الآخر على قطب كربوني مشابه للمكثفات الفائقة. يُعد استخدام الزنك بدلاً من الليثيوم في تصنيع أجهزة تخزين الطاقة أكثر اقتصادًا واستدامة، نظرًا لأن احتياطيات الزنك في القشرة الأرضية تفوق الليثيوم بمئة ضعف، كما أنه سهل الاستخراج وإعادة التدوير. ورغم أن المكثفات الفائقة تخزن طاقة أقل، إلا أنها تشحن وتفرغ بسرعة فائقة، ويصل عمرها الافتراضي إلى عدة عقود.

يتمثل القيد الرئيسي للمكثفات الفائقة في أن الطاقة تبقى محصورة على سطح القطب. وفي الدراسة الجديدة، تمكن الفريق من رفع كثافة الطاقة بشكل كبير عبر مسارين: الأول هو الزيادة الهائلة في مساحة سطح القطب الكربوني، والثاني هو ملء هذه الأسطح بمادة أكسيد الفاناديوم المخزنة للطاقة.

لزيادة مساحة سطح القطب الكربوني، صممه الفريق على هيئة قرص عسل أو إسفنجة مليئة بتجاويف دقيقة. تم بناء القطب بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث يتصلب راتينج سائل فور تعرضه لليزر فوق البنفسجي، ليتشكل طبقة تلو الأخرى. بعد ذلك، قام الفريق بتسخين القالب المطبوع لإزالة الغازات، تاركًا هيكلًا كربونيًا موصلًا مليئًا بالمسام المفتوحة، ثم تم تحميل أكسيد الفاناديوم على هذا الهيكل عبر عملية كيميائية. يتمتع المكون الناتج بمساحة سطح هائلة؛ فإذا تم ضغط غرام واحد من هذه المادة إلى صفيحة رقيقة، فإنها ستغطي حوالي عشرة ملاعب تنس قياسية، مما يمكنها من تخزين كميات هائلة من الشحنات الكهربائية.

لا يخزن الجهاز الجديد طاقة كهربائية تزيد عن المكثفات التقليدية بسبعة أضعاف فحسب، بل يحتفظ أيضًا بنسبة 82% من سعته بعد 1500 دورة شحن وتفريغ.

لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء عبر تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، يلزم وجود أجهزة قادرة على الشحن والتفريغ السريع، ومنخفضة التكلفة، وقادرة على العمل لعقود. ويلبي هذا الجهاز الجديد جميع هذه الشروط الصارمة.