عالم مصري يبتكر طريقة لحل مشاكل تخزين الطاقة

د ماهر القاضي 

قال العالم المصري ماهر القاضى في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس :  ان إنشاء مكثفات فائقة من مواد بلاستيكية يمكنها تخزين عشرة أضعاف كمية الشحنة مقارنة بالمواد التقليدية ويمكن شحنها وتفريغها في ثواني، ويمكنها أن تستمر في العمل لما يقارب 100000 دورة شحن، وبذلك يمكن أن توفر بديلا للبطاريات التقليدية في بعض التطبيقات الصناعية”.

استخدم المؤلفون هياكل PEDOT هذه لتصنيع مكثفات فائقة ذات سعة تخزين شحن ممتازة واستقرار استثنائي للدورة، حيث وصلت إلى ما يقرب من 100000 دورة.

لقد شكلت المواد البلاستيكية عالمنا الحديث وغيرت طريقة حياتنا، على مدى عقود من الزمن، كانت تستخدم في المقام الأول في الإلكترونيات لخصائصها العازلة الممتازة.

ولكن في سبعينيات القرن العشرين، اكتشف العلماء بالصدفة أن بعض المواد البلاستيكية يمكنها أيضًا توصيل الكهرباء.

وقد أحدث هذا الاكتشاف ثورة في هذا المجال وفتح الباب أمام التطبيقات في الإلكترونيات وتخزين الطاقة.

كما يوجد أيضًا في شاشات اللمس والخلايا الشمسية العضوية والأجهزة الكهروميكية، مثل النوافذ الذكية التي تتحول من الضوء إلى الظلام بضغطة زر.

ومع ذلك، كانت إمكانات PEDOT لتخزين الطاقة محدودة لأن مواد PEDOT المتاحة تجارياً تفتقر إلى التوصيل الكهربائي ومساحة السطح اللازمة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة

يعمل علماء الكيمياء في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس على معالجة هذه التحديات باستخدام طريقة مبتكرة للتحكم في مورفولوجيا مادة PEDOT لتنمية الألياف النانوية بدقة.

تتميز هذه الألياف النانوية بموصلية استثنائية ومساحة سطح متوسعة، وكلاهما أمر بالغ الأهمية لتعزيز قدرات تخزين الطاقة لمادة PEDOT.

يوضح هذا النهج، الموصوف في ورقة بحثية نُشرت في Advanced Functional Materials ، إمكانات ألياف PEDOT النانوية في تطبيقات المكثفات الفائقة.

وعلى النقيض من البطاريات التي تخزن الطاقة من خلال تفاعلات كيميائية بطيئة، تخزن المكثفات الفائقة الطاقة وتطلقها من خلال تجميع الشحنة الكهربائية على سطحها.

وهذا يسمح لها بالشحن والتفريغ بسرعة كبيرة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب دفعات سريعة من الطاقة، مثل أنظمة الكبح المتجددة في المركبات الهجينة والكهربائية وفلاشات الكاميرات.

وبالتالي، فإن المكثفات الفائقة الأفضل هي أحد الطرق لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

وقد نجح علماء الكيمياء في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في إنتاج المادة الجديدة من خلال عملية نمو فريدة من نوعها في الطور البخاري لإنشاء ألياف نانوية عمودية من مادة PEDOT، وتعمل هذه الألياف النانوية، التي تشبه العشب الكثيف الذي ينمو إلى الأعلى، على زيادة مساحة سطح المادة بشكل كبير، مما يسمح لها بتخزين المزيد من الطاقة.

ومن خلال إضافة قطرة من السائل تحتوي على رقائق نانوية من أكسيد الجرافين وكلوريد الحديديك على ورقة من الجرافيت، عرّض الباحثون هذه العينة لبخار الجزيئات الأولية التي شكلت في النهاية بوليمر PEDOT.

بدلاً من التطور إلى فيلم مسطح ورقيق للغاية، نما البوليمر إلى بنية سميكة تشبه الفراء، مما أدى إلى زيادة مساحة السطح بشكل كبير مقارنة بمواد PEDOT التقليدية.