هل ممكن أن تشحن حاسوبك المحمول في دقيقة أو تشحن سيارتك الكهربائية في 10 دقائق؟
تخيل لو كان بإمكانك شحن حاسوبك المحمول أو هاتفك فارغ الشحن في دقيقة واحدة، أو شحن سيارة كهربائية بالكامل في 10 دقائق.
رغم أن ذلك ليس ممكنًا بعد، فإن بحثًا جديدًا قام به فريق من علماء جامعة كولورادو بولدر قد يقود إلى تحقيق هذه التطورات.
نُشرت اليوم في دورية الأكاديمية الوطنية للعلوم، حيث اكتشف الباحثون في مختبر أنكور غوبتا كيفية تحرك الجسيمات الصغيرة المشحونة، المسماة بالأيونات، داخل شبكة معقدة من المسام الدقيقة. قد يؤدي هذا الاكتشاف إلى تطوير أجهزة تخزين طاقة أكثر كفاءة، مثل المكثفات الفائقة، وفقًا لما ذكره غوبتا، أستاذ مساعد في هندسة الكيمياء والبيولوجيا.
وقال غوبتا: “نظرًا للدور الحاسم للطاقة في مستقبل الكوكب، شعرت بالإلهام لاستخدام معرفتي في الهندسة الكيميائية لتطوير أجهزة تخزين الطاقة”. “شعرت أن هذا الموضوع لم يُستَكشَف بشكل كافٍ، ولذلك كانت هذه الفرصة المثالية.”
وأوضح غوبتا أن العديد من تقنيات الهندسة الكيميائية تُستخدم لدراسة التدفق في المواد المسامية مثل مكامن النفط وترشيح المياه، لكنها لم تُستَخدَم بشكل كامل في بعض أنظمة تخزين الطاقة.
هذا الاكتشاف له أهمية كبيرة ليس فقط في تخزين الطاقة في المركبات والأجهزة الإلكترونية، ولكن أيضًا لشبكات الطاقة، حيث يتطلب الطلب المتغير على الطاقة تخزينًا فعالًا لتجنب الهدر خلال فترات الطلب المنخفض وضمان توفير سريع خلال فترات الطلب العالي.
المكثفات الفائقة، وهي أجهزة تخزين طاقة تعتمد على تراكم الأيونات في مسامها، تتميز بأوقات شحن سريعة وأعمار أطول مقارنةً بالبطاريات.
وقال غوبتا: “تكمن الجاذبية الرئيسية للمكثفات الفائقة في سرعتها. فكيف يمكننا جعل شحنها وإطلاقها للطاقة أسرع؟ من خلال حركة الأيونات بشكل أكثر كفاءة.”
تعديل قانون كيرشوف، الذي يحكم تدفق التيار في الدوائر الكهربائية منذ عام 1845 والذي يُدرس في فصول العلوم بالمدارس الثانوية، كان أحد نتائج هذه الأبحاث. على عكس الإلكترونات، تتحرك الأيونات بسبب الحقول الكهربائية والانتشار، وحدد الباحثون أن تحركاتها عند تقاطعات المسام تختلف عما وصفه قانون كيرشوف.
قبل هذه الدراسة، كانت تحركات الأيونات موصوفة فقط في الأدبيات في مسام مستقيمة واحدة. من خلال هذا البحث، يمكن الآن محاكاة وتوقع حركة الأيونات في شبكة معقدة من آلاف المسام المتداخلة في غضون دقائق.
وقال غوبتا: “هذه هي القفزة في العمل. لقد وجدنا الحلقة المفقود.”
