جامعة هامبورغ التقنية تطور مكثفًا أزرق يعتمد على الماء النقي والطين والكربون

أخبار ar.wedoany.com، أثبت فريق بحثي من جامعة هامبورغ التقنية (Technische Universität Hamburg) مؤخرًا أنه يمكن تخزين ونقل الشحنات الكهربائية بكفاءة عالية عن طريق حصر الماء النقي داخل قنوات نانوية من معادن الطين. هذا النظام، الذي أُطلق عليه اسم "المكثف الأزرق" (Blue Capacitor)، هو مكثف فائق يستخدم الماء النقي كإلكتروليت، ويعتمد بالكامل على مواد طبيعية وشائعة: الماء والطين والكربون.

يقود هذه الدراسة الدكتور فاسيلي أرتيموف (Vasily Artemov) من الكتلة المتميزة "BlueMat – المواد المدفوعة بالماء" (BlueMat – Water-Driven Materials) في جامعة هامبورغ التقنية. على عكس البطاريات والمكثفات الفائقة التقليدية التي تعتمد على إضافة الأملاح أو الأحماض أو غيرها من الإلكتروليتات الكيميائية، لا يحتاج النظام الجديد إلى مثل هذه الإضافات. "هدفنا هو تطوير تقنيات تخزين طاقة أكثر أمانًا واستدامة، تعتمد على مواد خام شائعة بدلاً من المركبات المعقدة"، يقول أرتيموف، "يخزن هذا النظام الطاقة ويطلقها بكفاءة، ويعمل بجهد مرتفع نسبيًا في أنظمة تعتمد على الماء، ويحافظ على استقراره عبر عشرات الآلاف من دورات الشحن والتفريغ."

تعمل المكثفات الفائقة على تخزين الطاقة من خلال فصل الشحنات، وليس عبر التفاعلات الكيميائية، مما يسمح لها بالشحن والتفريغ بسرعة فائقة وبعمر تشغيلي طويل جدًا. تكمن التقنية الأساسية للمكثف الأزرق في قنوات يبلغ عرضها حوالي 1 نانومتر (أي ما يعادل تقريبًا واحدًا على مائة ألف من قطر شعرة الإنسان). داخل هذه المساحات المتناهية الصغر، يُظهر الماء خصائص لا تتوفر في الماء العادي، مما يمكنه من نقل الشحنات بكفاءة. قام الباحثون بدمج معادن الطين مع الجرافين (أحد أشكال الكربون عالية التوصيل الكهربائي) لتشكيل ملايين القنوات الدقيقة المملوءة بالماء. "تشير نتائجنا إلى أن الماء المحصور داخل الهياكل النانوية يمكن أن يعمل كإلكتروليت نشط في أجهزة تخزين الطاقة العملية"، يضيف أرتيموف.

في الاختبارات المعملية، أظهر المكثف الأزرق أداءً مستقرًا عبر أكثر من 60,000 دورة شحن وتفريغ، وتمكن من العمل بجهد يصل إلى 1.6 فولت، وهي قيمة مرتفعة نسبيًا لأنظمة تخزين الطاقة القائمة على الماء. أُجريت التجارب في منشأة PETRA III في DESY (مركز أبحاث الإلكترونيات السنكروترونية الألماني). "أشعة إكس القوية من PETRA III في DESY مكنتنا من مراقبة توزيع طبقات الماء فائقة الرقة أحادية الجزيء داخل بنية الطين"، يوضح البروفيسور باتريك هوبر (Patrick Huber)، المشارك في الدراسة.

لا تزال هذه التقنية في مراحلها المبكرة من التطوير، وتحتاج إلى مزيد من البحث قبل التطبيقات التجارية. يعتقد الباحثون أن هذا المفهوم قد يوفر مسارًا عمليًا لتقنيات تخزين الطاقة في المستقبل، مع تطبيقات محتملة تشمل تخزين الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، ودعم شبكات الكهرباء، وتزويد الأجهزة التي تتطلب شحنًا وتفريغًا متكررًا بالطاقة. بالإضافة إلى ذلك، قد تؤدي هذه النتائج إلى تطوير تقنيات جديدة تستغل الخصائص غير العادية للماء على المستوى النانوي، بما في ذلك أجهزة الاستشعار المتقدمة والأنظمة المحاكية للطبيعة والحوسبة العصبية الشكلية. "يُظهر عملنا أنه حتى مادة مألوفة مثل الماء، عند دراستها على المستوى النانوي، تُظهر خصائص غير متوقعة"، يختتم أرتيموف، "من خلال فهم هذه الخصائص، قد نتمكن من تطوير تطبيقات تكنولوجية جديدة تمامًا."

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com