يمكن لهذه المادة أن تحول ضوء الشمس، الحرارة والحركة لكهرباء في آن واحد

تحيط بك العديد من أشكال الطاقة مثل ضوء الشمس، والحرارة الموجودة في غرفتك، وحتى حركتك. كل هذه الأشكال من الطاقة والتي يتم إهدارها بشكل طبيعي من المحتمل أن تساعد في تزويد أدواتك المحمولة والقابلة للارتداء من مستشعرات بارومترية إلى ساعات اليد الذكية بالطاقة اللازمة لها.

اكتشف الآن باحثون من جامعة أولو بفنلندا أن هناك معدنًا ذو بنية بلورات بيروفسكت لديه الخصائص المطلوبة لاستخراج الطاقة من المصادر المختلفة في نفس ذات الوقت.

بيروفسكت هي عائلة من المعادن أظهر العديد منها قدرته على إنتاج الطاقة في شكلين مختلفين في وقت ما ولكن ليس في نفس ذات الوقت. عضو واحد من العائلة قد يكون جيدًا لخلايا الطاقة الشمسية لما يتميز به من خصائص تجعله أكثر كفاءة في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.

وفي الوقت نفسه عضو آخر يمكنه استخراج الطاقة من التغيرات في الضغط والحرارة والتي تأتي من الحركة، مما جعلهم يحملون اسم المواد الكهروحرارية والكهروضغطية بالترتيب.

في بعض الأحيان، ومع ذلك قد يكون شكلٌ واحد من أشكال الطاقة غير كافٍ. شكل واحد من أشكال الطاقة غالبًا لا يكون متاحًا بشكل دائم، فقد يكون الطقس مليئًا بالسحب، أو قد تكون في أحد الاجتماعات ولا تستطيع الحركة.

طوَّر باحثون آخرون أجهزة يمكنها استخراج أشكال مختلفة من الطاقة، ولكنها تحتاج إلى العديد من المعادن لتعطي الشحنة الكهربية اللازمة لكل ما هو يعتبر أجهزة صغير محمولة.

في رسائل الفيزياء التطبيقية هذا الأسبوع شرح “يانج باي” وزملائه من جامعة أولو بحثهم حول نوع معين من معدن بيروفسكت يُسمى “KBNNO” والذي يمكنه أن يستخرج أكثر من شكل من أشكال الطاقة المختلفة.

مثل جميع أفراد عائلة بيروفسكت فإن “KBNNO” من المعادن الموصلة للتيار الكهربي التي تمتلئ بالعديد من الأقطاب الكهربية الصغيرة المماثلة لإبر البوصلة الصغيرة المغناطيسية.

حينما تتعرض المواد الموصلة للتيار الكهربي مثل “KBNNO” إلى تغيرات في درجة الحرارة فإن أقطابها تفقد ترتيبها والذي يعمل علي حث التيار الكهربي. الشحنة الكهربية تتراكم أيضًا طبقًا لاتجاه نقطة الأقطاب. تغيير شكل تلك المواد يجعل بعض المناطق تجذب أو تدفع بالشحنات مرة أخرى مُنتجةً التيار الكهربي.

يقول “باي”: «درس باحثون سابقون بعض الألواح الضوئية لمعدن “KBNNO” وبعض الخواص العامة كالتوصيلية الكهربية، ولكنهم قاموا بذلك في درجة حرارة مئتين تحت درجة التجمد ولم يهتموا بتلك الخصائص المتعلقة بالضغط والحرارة.

تُقدم الدراسة الجديدة لأول مرة ما يقوم بتحقيق كل هذه الخصائص مرة واحدة وفي درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة».

أوضحت التجارب أنه في حين أن “KBNNO” جيد بطريقة مقبولة في توليد الكهرباء من الضغط والحرارة، إلا أنه ليس بمثل كفاءة باقي معادن عائلة بيروفسكت. ومع ذلك فإن أكثر الاكتشافات الواعدة التي يستطيع الباحثون القيام بها هي تعديل سبيكة من “KBNNO” لتحسين خواصها الكهروحرارية والكهروضغطية.

«من الممكن أن نصل بكل تلك الخواص إلى أعلى معدلاتها» يقول “باي” الذي يستكشف هو وزملائه مادة جديدة مطورة من تحضير “KBNNO” مع الصوديوم.

يقول”باي”: «خلال العام القادم نأمل أن نستطيع بناء نموذج مصغر لآلة يمكنها توليد العديد من أشكال الطاقة. عملية التصنيع عملية سهلة لذلك فإن التسويق التجاري يمكن أن يأتي بعد أعوام قليلة حالما يكتشف الباحثون أفضل المواد لتصنيعها. هذا سوف يدفع بتطوير إنترنت الأشياء والمدن الذكية إلى الأمام، حيث ستكون مستويات الطاقة التي تستهلكها الأجهزة والمستشعرات مستقرة ومستدامة».

هذا النوع من المواد من المرجح أنه سيُستخدم كإمداد للبطاريات في أجهزتنا، مما سيُحسن من كفاءتها ويقلل من احتياجك لشحنها عدة مرات. يقول “باي”: «استخراج الطاقة بأكثر من شكل يعني أنه يومًا ما لن تحتاج لأن توصل أجهزتك الكهربية بالكهرباء مرة أخرى.

بطاريات الأجهزة الصغيرة ستصبح شيئًا عفى عليه الزمن».

ترجمة: محمد خالد عبدالرحمن
تدقيق: جعفر الجزيري
المصدر