طوّر علماء جامعة موناش مادة كربونية جديدة للمكثفات الفائقة تجمع بين الطاقة على مستوى البطاريات ونقل الطاقة السريع، وهي مزيج نادر في البطاريات التقليدية. يُمكن أن يُحدث هذا الاكتشاف ثورة في مجالات النقل المكهرب، استقرار الشبكات الكهربائية، والإلكترونيات الاستهلاكية.

تُظهر الدراسات أن هذه المادة تتيح للمكثفات الفائقة تخزين طاقة تُعادل تلك التي تخزنها بطاريات الرصاص الحمضية، مع سرعة إخراج تفوق بكثير التقنيات الحالية. تخزن المكثفات الفائقة الشحنات كهربائيًا، على عكس البطاريات التي تعتمد على التفاعلات الكيميائية، لكن في السابق، كانت نسبة صغيرة فقط من مساحة سطح المواد الكربونية متاحة، مما حد من كفاءتها وكثافة الطاقة.

أوضح البروفيسور Mainak Majumder، مدير مركز ARC لتصنيع المواد ثنائية الأبعاد المتقدمة (AM2D)، أن الفريق أظهر أن تغيير طريقة المعالجة الحرارية للمادة يمكن أن يُطلق مساحة سطح أكبر. يتيح هذا الاكتشاف تصنيع مكثفات فائقة سريعة الشحن قادرة على تخزين طاقة كافية لتحل محل البطاريات في العديد من التطبيقات، مع نقل الطاقة بشكل أسرع.

يكمن السر في هيكل مادة تُسمى multi-scale reduced graphene oxide (M-rGO)، التي تُصنّع من الجرافيت الطبيعي الوفير في أستراليا. استخدم الباحثون تقنية التلدين الحراري السريع لخلق هياكل جرافين شديدة الانحناء، توفر مسارات دقيقة لتحرك الأيونات بسرعة، مما يجعل المكثفات الفائقة تجمع بين كثافة طاقة عالية وكثافة قوة عالية، وهي مزيج نادر في جهاز واحد. كما أكد الفريق أن هذه المادة متوافقة مع تقنيات الإنتاج القابلة للتوسع.

أشار الدكتور Petar Jovanović، باحث في مركز ARC AM2D Hub، إلى أن الإلكتروليتات السائلة الأيونية تحقق كثافة طاقة حجمية تصل إلى 99.5 Wh/L وكثافة قوة تصل إلى 69.2 kW/L، مع سرعة شحن ممتازة واستقرار دوري عالٍ. تجعل هذه المادة الجديدة المكثفات الفائقة قادرة على تخزين طاقة تُعادل بطاريات الرصاص الحمضية، مع أداء يتصدر المكثفات الفائقة الكربونية، وتكون العملية قابلة للتوسع ومتوافقة مع المواد الخام الأسترالية.

أوضح الدكتور فيليب أيتشسون، الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في شركة Ionic Industries، وهي شركة منبثقة عن جامعة موناش، أن هذه التقنية تُجرى تهيئتها للتسويق، حيث تعمل الشركة على إنتاج هذه المواد الجرافينية على نطاق واسع وتتعاون مع شركاء تخزين الطاقة لإطلاق التقنية في السوق. تشمل التطبيقات المحتملة السيارات الكهربائية، الطائرات بدون طيار، والإلكترونيات عالية الطلب التي تتطلب أنظمة تخزين طاقة عالية ونقل طاقة سريع.

تلقى هذا البحث دعمًا من مجلس الأبحاث الأسترالي ومكتب أبحاث القوات الجوية الأمريكية، وهو جزء من جهود جامعة موناش لتطوير مواد متقدمة لمستقبل طاقة منخفض الكربون. نُشرت نتائج البحث في مجلة Nature Communications.