الرئيسية - المساحة الإخبارية - الحصول على مكثفاتٍ فائقة سريعة الشحن وعالية الأداء، باستخدام الغرافين

الحصول على مكثفاتٍ فائقة سريعة الشحن وعالية الأداء، باستخدام الغرافين

في خبرٍ بحثي جديد، أوضح فريقٌ من العلماء كيفية تكوين مكثف فائق هجين Hybrid Supercapacitor، والذي يتمتع بإمكانية تخزين شحناتٍ كهربائية بمعدلٍ يقارب قدرة البطاريات الحمضية التقليدية، ولكنه يتمتع بزمن شحن يبلغ بضعة ثواني، بالمقارنة مع عدة ساعات لازمة لشحن البطارية الحمضية التقليدية. هذا الإنجاز الجديد، تم عبر دمج شرائح من مادة الغرافين النانوية ضمن بنية المكثف الفائق.

( اقرأوا أيضاً: المكثفات الفائقة المبنية على الغرافين تحقق تقدماً جديداً بمجال السيارات الكهربائية )

تعتبر المكثفات الفائقة أحد التقنيات الواعدة جداً في مجال تخزين الطاقة الكهربائية، خصوصاً في أنظمة السيارات الكهربائية والسيارات الهجينة، بالإضافة للتطبيقات العسكرية والفضائية. أهمية المكثفات الفائقة تنبع من قدرتها على الشحن خلال زمنٍ قصير جداً، إلا أن السلبية الأساسية التي تعاني منها هي بمحدودية الطاقة الكهربائية التي يمكن أن تخزنها، وذلك بالمقارنة مع البطاريات الحمضية التقليدية.

مؤخراً، قام باحثون من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس بتطوير مكثفٍ فائق هجين يعتمد في بنيته على مادة الغرافين، بما ساهم بتطوير قدرة البطارية على تخزين الطاقة الكهربائية وتسريع عملية شحن البطارية.

( اقرأوا أيضاً: للمرة الأولى، الحصول على عدة إلكترونات من فوتونٍ وحيد ضمن الغرافين )

مادة الغرافين هي عبارة عن صفائح (شرائح) ثنائية البعد، تتكون من ذرات الكربون المرتبطة مع بعضها البعض على شكل مضلعات سداسية Hexagons (بشكلٍ مشابهٍ تماماً لشكل خلية النحل). تتميز مادة الغرافين بكونها مرنة، شفافة، ذات قوة وصلابة ميكانيكية، بالإضافة لكونها ذات ناقلية (موصلية) كهربائية وحرارية عالية. هذه الميزات الرائعة هي ما ساهم بجذب أنظار الباحثين والعلماء حول العالم، للاستكشاف بخواص هذه المادة والبحث عن التطبيقات المختلفة التي يمكن استعمال مادة الغرافين فيها.

بالنسبة للبحث الجديد، قام العلماء في جامعة كاليفورنيا بجمع الغرافين مع ثنائي أوكسيد المنغنيز المستخدم على نطاقٍ واسع في بطاريات الألكالاين Alkaline Batteries، كما تتميز مادة ثنائي أوكسيد المنغنيز بكونها متوافرة بكثرة وصديقة للبيئة. تم تشكيل مادة ثنائي أوكسيد المنغنيز أزهار، وذلك عند رؤيتها من خلال المجهر، وتبلغ سماكة هذه الأزهار حوالي 10 إلى 20 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين مادة كهروليتية Electrolytes ضمن بنية المكثف الفائق، والتي تستطيع أن تعمل عند جهودٍ مرتفعة.

( اقرأوا أيضاً: للمرة الأولى، يمكن للغرافين أن يكون كهربائياً ومغناطيسياً بنفس الوقت! )

يوفر الغرافين بنية ذات ناقلية كهربائية عالية لثنائي أوكسيد المنغنيز، وبما أن ثنائي أوكسيد المنغنيز ذو بنيةٍ مسامية Porous، فإن هذا الأمر سيضمن مرور العديد من الشحنات ضمن التفاعلات الكهروكيميائية التي تحصل ضمن بنية المكثف الفائق. النتيجة النهائية هي الحصول على تركيبةٍ ثلاثية الأبعاد لمكثف فائقٍ هجين والذي يمتلك كثافة طاقة تصل إلى 42 واط/ساعة لكل ليتر، وهي كثافة أعلى من أية كثافة موجودة لمكثفٍ فائق تجاري ومستعمل حالياً، وهي كثافة قريبة أيضاً من كثافة البطاريات الحمضية التقليدية. ويعتقد الباحثون أن هذا المكثف الفائق الجديد يستطيع أن يصل لكثافة طاقة تصل إلى 10 كيلوواط لكل ليتر، وهي أعلى بـ 100 مرة من البطاريات الحمضية عالية الطاقة، وأعلى بـ 1000 مرة من بطاريات الليثيوم ذات الشرائح الرقيقة. أخيراً، هذا المكثف الجديد يستطيع أن يعمل حتى 10000 دورة شحن وتفريغ.

أظهر العلماء أيضاً أنهم يستطيعوا مكاملة بنية المكثف الفائق الجديد الذي قاموا ببنائه مع بنية الخلايا الشمسية، وذلك من أجل الحصول على كفاءة أعلى باستخدام الطاقة في الخلايا الشمسية، من حيث تجميع الطاقة وتخزينها. أشار العلماء أيضاً إلى أنه يمكن أن يتم تصنيع هذه المكثفات الفائقة في شروط الهواء التقليدي، بدون الحاجة إلى غرف الهواء الجاف عالية الكلفة.

تم نشر نتائج البحث بتاريخ 23 آذار/مارس من عام 2015، ضمن مجلة Proceedings of the National Academy of Science.

المصدر: IEEE Spectrum

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

تعليق واحد

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

x

‎قد يُعجبك أيضاً

“4” طرق جديدة لتبريد الشرائح والرقاقات الحاسوبية

يبدو أن الأمور قد أصبحت أكثر “سخونة” في مجال المعالجات والرقاقات الحاسوبية. في حين يركز ...