الغرافين المنحني قد يقرّب العلماء من ثورة في عالم البطاريات - الأول نيوز

لفترة طويلة كان تخزين الطاقة يشبه الاختيار بين سيارتين، واحدة "سريعة جدا" لكن خزانها صغير، وأخرى خزانها كبير لكن استجابتها أبطأ.

المكثفات الفائقة هي السيارة السريعة، تشحن وتفرغ بسرعة كبيرة وتتعامل مع عدد هائل من دورات الشحن، لأنها تخزن الطاقة أساسا عبر تراكم الشحنات كهربائيا على سطح القطب بدل الاعتماد على تفاعلات كيميائية معقدة مثل البطاريات، والتي تمثل السيارة البطيئة، فهي تشحن وتفرغ ببطء، لكنها تتحمل طاقة أكبر.

لكنّ فريقا من جامعة موناش الأسترالية يسلّط الضوء على خطوة قد تضيق هذه الفجوة، ويعلن أنه قد اقترب من حلها، بحسب ما نشر في دراسة حديثة بدورية "نيتشر كومينيكيشنز".

إعادة هندسة

الفكرة الجوهرية ليست "مادة سحرية جديدة"، بل إعادة تصميم هندسة الغرافين نفسه، شبكة كربونية شديدة الانحناء ومتعددة المستويات، تجعل الأيونات تتحرك بسهولة داخل القطب، وتستفيد من مساحة سطح أكبر بكثير مما كان متاحا سابقا.

الغرافين هو طبقة واحدة شديدة الرقة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية تشبه خلايا النحل. رغم أنه شبه شفاف وخفيف للغاية، فهو قوي جدا مقارنة بسمكه، ويمتاز بتوصيل كهربائي وحراري ممتاز ومساحة سطح كبيرة. لذلك ينظر إليه كمادة واعدة في الإلكترونيات وتخزين الطاقة.

من الناحية النظرية، الغرافين وغيره من كربونات المساحة السطحية العالية يجب أن يكون ممتازا للمكثفات الفائقة. لكن بالنسبة لكونه بطارية فالواقع أكثر تعقيدا، حيث إن صفائح الغرافين تميل إلى إعادة التكدس مثل رصّ أوراق شديدة الالتصاق، فتُغلق المسافات البينية، وتصبح مسارات الأيونات ملتوية وبطيئة، فتضيع ميزة السطح الهائل.

وبحسب الدراسة، فقد تمكن الباحثون من حل تلك المعضلة، فالمادة الجديدة التي ابتكروها لا تعتمد على صفائح مسطحة متراصة، بل تُنتج بلورات غرافينية منحنية وغير منتظمة متشابكة داخل مناطق غير مرتبة ضمن جسيمات ميكرونية.

إعلان

هذا المزج يصنع بنية لها ميزتان معا: حيث تمتلك ممرات سريعة للأيونات (كأنها طرق سريعة داخل القطب)، وتمتلك مواقع تخزين كثيفة للشحنة قرب البلورات المنحنية.

تطبيقات واعدة

إذا أمكن تصنيع هذه المادة بثبات وبسعر مناسب، فقد نرى تطبيقات واسعة مستقبلا، خاصة في عالم النقل الكهربائي (السيارات والحافلات)، ودعم الشبكات الكهربائية عبر تثبيت تذبذبات الشبكة وتعويض الهبوط اللحظي.

بل ويمكن أن تمتلك تلك التقنية الجديدة دورا في الإلكترونيات الاستهلاكية، أي أجهزة تُطلب فيها دورة حياة طويلة وشحن سريع جدًا، كما أنها قد تكون بديلا أو مكملا للبطاريات في بعض الاستخدامات، عندما تجتمع الحاجة إلى طاقة أعلى مع تسليم قدرة أسرع.

في هذا السياق، فإن الفريق يشير، بحسب بيان صحفي رسمي من الجامعة، إلى خطوات فعلية نحو التسويق عبر شركة منبثقة وإنتاج كميات تجارية من المادة والتعاون مع شركاء تخزين طاقة.