جامعة واترلو الكندية: أقطاب كهربائية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد ترفع أداء بطاريات التدفق بنسبة 52%

أخبار ar.wedoany.com، تمكن فريق بحثي من جامعة واترلو الكندية (University of Waterloo) من إعادة تصميم المكونات الأساسية لبطاريات الأكسدة والاختزال ذات التدفق (Redox Flow Batteries, RFBs) باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث صنعوا بنية هندسية للأقطاب الكهربائية المسامية. وأظهرت الاختبارات المعملية أن هذه البنية تحقق تحسنًا في الأداء بنسبة 52% مقارنة بالتصاميم التقليدية.

يقود هذا البحث ماكسيم فان دير هايدن (Maxime van der Heijden)، أستاذ الهندسة الكيميائية في الجامعة. واعتمد الفريق على بنية الأسطح الدنيا ثلاثية الاتجاهات (TPMS) للتحكم بشكل أكثر دقة في مسارات تدفق الإلكتروليت السائل داخل البطارية، بما يضمن وصوله إلى سطح القطب حيث يحدث تفاعل تخزين الطاقة. وقد صنع الباحثون نماذج الاختبار باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد تعمل بتقنية معالجة الضوء الرقمية، ثم أخضعوا الأجزاء المطبوعة لمعالجة حرارية لتحويلها إلى أقطاب كربونية موصلة للكهرباء.

وبعد مقارنة عدة تكوينات لبنية TPMS، تبيّن أن التكوين ذا الشكل "الماسي" يحقق أفضل أداء. وعلى عكس البطاريات التقليدية التي تخزن الطاقة في مواد صلبة، تقوم بطاريات التدفق بتخزين الطاقة في إلكتروليت سائل موجود في خزانات خارجية، وتعتمد على مواد كيميائية ذات أساس مائي، دون استخدام المواد القابلة للاشتعال الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون. ويمكن زيادة سعة تخزين الطاقة بمجرد تكبير حجم الخزانات. وأشار فان دير هايدن إلى أن هذه الخاصية تجعل البطارية مناسبة جدًا لتخزين الطاقة المتجددة على مستوى الشبكات الكهربائية، خاصة مع تزايد الاعتماد على طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتقطعتين.

واختبر الفريق الأقطاب الكهربائية المطبوعة في جهاز تدفق معملي وفي بطارية تدفق الفاناديوم قيد التشغيل، مؤكدين أن هذه التصاميم تعمل بشكل سليم في الأنظمة التشغيلية الفعلية. وستركز الأبحاث اللاحقة على زيادة مساحة سطح الأقطاب الكهربائية، وتحسين طرق التصنيع، وتوسيع نطاق أدوات التصميم المتاحة لبنية الأقطاب.