بطارية فائقة مصنوعة من الجرافين

إن تحسين تقنيات تخزين الطاقة هو جزء لا يتجزأ من بناء مجتمع أكثر كفاءة في استخدامها، سواء أكان ذلك عن طريق صقل الطاقة الكهربية الناتجة عن توربينات الرياح، وتسخير الطاقة الحركية، أم إطالة أداء الأجهزة الإلكترونية المحمولة.

توفر البطاريات التي تخزن الطاقة في التفاعلات الكهروكيميائية كثافة عالية التخزين، لكنها بطيئة نسبيًّا عند الشحن أو التفريغ؛ مما يحدّ من استخدامها. وتقوم المكثفات الكهروكيميائية أو "المكثفات الفائقة" بتخزين الشحنة الإلكترونية عند الواجهة بين القطب الكهربي والمحلِّل بالكهرباء، وهي وسيلة لتخزين الطاقة بسرعة أكبر، لكن سعتها أقل كثيرًا.

وكلما زادت مساحة السطح، زادت القدرة على تخزين الطاقة. وهناك خاصّتان للجرافين تجعل منه المادة المثالية لصنع المكثفات الفائقة، وهما: وجود مساحة سطح مرتفعة بشكل استثنائي، وخاصية توصيل كهربي بسرعة أكبر. ومع ذلك.. فإن ألواح الجرافين تلتصق معًا في الممارسة العملية؛ مما يقلص مساحة السطح الفعالة لقطب الجرافين الكهربي؛ ويعرقل هذه التقنية.

وقد عرض الباحثون في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس مكثفًا كهربيًّا تم صُنعه من الجرافين، وهي ألواح من الكربون السميك أحادي الذرة، ويمكن أن يخزِّن الكثير من الطاقة بنفس قدر ما تخزنه البطاريات التقليدية، لكن يمكن شحنه أسرع بنحو ألف مرة.

وأعدَّ ماهر القاضى، وهو عالم كيمياء في جامعة القاهرة في مصر، وزملاؤه جرافين باستخدام تكنولوجيا مخطوطات الليزر المعيارية، التي يكثر استخدامها في رسم العلامات والصور على الدي في دي. وغطى الباحثون قرص دي في دي مزود بتقنية لايت سكرايب (LightScribe) بطبقة من أكسيد الجرافيت. وعملت أشعة الليزر تحت الحمراء في الجزء العلوي الخاص بالقراءة والكتابة على تعرية ألواح مكدسة من أكسيد الجرافيت؛ وتحويلها إلى ألواح من الجرافين مقشرة جيدًا. قاموا بعد ذلك بتجهيز مكثف فائق متناسق من قطبين متماثلين من الجرافين باستخدام تكنولوجيا لايت سكرايب ، وحاجز مسامي من الأيون، وصفيحة محلِّل بالكهرباء.

وقال القاضي: "إن حساباتنا الأولية تظهر أن العملية كلها صالحة للتطبيقات التجارية. يمكن لأقطاب الجرافين الكهربائية لدينا أن تنحني بطريقة عفوية، دون حدوث أي تغيير في خصائصها الكهربية، ولذلك.. لدينا جهاز رائع يقوم بتخزين كميات كافية من الطاقة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة، ويساير الطفرة المقبلة في الإلكترونيات المرنة، مثل الخلايا الشمسية البلاستيكية".

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.