لقد نجح باحثون من جامعة موناش في الوصول إلى جيل جديد من تقنيّات تخزين الطاقة في سبق هندسي هو الأول من نوعه – جهاز مدمج من الجرافين، صغير الحجم ولكنّه قادر على الإحتفاظ بالطّاقة لمدّة تضاهي البطاريات التقليديّة.
في البحث، والذي نُشرَ في مجلّة (ساينس)، طوّر الفريق العلمي بقيادة البروفيسور دان لي من قسم هندسة المواد استراتيجية جديدة تمامًا لهندسة المكثفات الفائقة (SC) القائمة على الجرافين، مما يجعلها قابلة للاستخدام على نطاق واسع في تخزين الطاقة المتجددة، والإلكترونيات المحمولة والسيارات الكهربائية.
المكثفات الفائقة تصنع عادة من كربون عالي المسام مشرب بسائل منحل كهربيًا لنقل الشحنة الكهريبة. على الرّغم من أنّها معروفة بطول أعمارها وقدرتها على الشّحن سريعًا وفي ثوانٍ، عيب هذه المكثفات التّقليديّة هو إنخفاض نسبة تخزين الطاقة مقارنة بالحجم، أو ما يُعرف بنسبة كثافة الطاقة. الكثافات المنخفضة للطاقة ستعني أنّ على المكثفات أن تكون كبيرة بشكل غير عملي أو يجب إعادة شحنها بشكل متكرر.
فريق البروفيسور لي صنع مكثف فائق بكثافة طاقة 60 وات لكل لتر – وهي سعة تقارب سعة بطاريات الرصاص الحمضية وحوالي 12 مرة أفضل من البطاريات المتوفرة تجاريًا. “لقد كان صنع بطاريات أصغر وأخف وأكثر إندماجًا لتلبية الإحتياجات المتزايدة من الإستخدامات التجارية تحديًا كبيرًا” قال بروفيسور لي.
الجرافين، الذي يتكون عندما يتم كسر الجرافيت نزولاً إلى طبقات ذرة واحدة سميكة، قوي جدًا ومستقر كيميائيًا وموصل ممتاز للكهرباء. لصنع قطب كهربائي مميز وفريد من نوعه، استغل فريق البروفيسور لي تكيف هلام الجرافين الذي تم تطويره سابقًا. استخدم الباحثون السوائل المنحلة كهربيًا – في المكثفات التقليدية عمومًا – للسيطرة على التباعد بين ألواح الجرافين على المقياس النانومتري الفرعي. بهذة الطريقة السائل المنحل كهربيًا لعب دورًا مزدوجًا: حافظ على مساحة دقيقة بين ألواح الجرافين وعلى مقدار الكهرباء.
خلافًا للكربون التقليدي “الصلب” الذي يسهل إختراقه، حيث تضيع المساحات بدون داع، يتم تكبير الكثافة دون المساس بمسامية قطب البروفيسور لي. لتصنيع هذه المواد، استخدم فريق البحث طريقة مماثلة لتلك المستخدمة في صنع الورق التقليدية، وهذا يعني أن العملية يمكن أن تكون سهلة وفعالة ويمكن الإرتقاء بها من حيث التكلفة للاستخدام الصناعي.
“استطعنا صنع مادة جرافين ميكروسكوبية التي هي خطوة أبعد من ما تم تحقيقه سابقًا. تكاد تكون في مرحلة الإنتقال من طور المختبر إلى التنمية التجارية،” قال البروفيسور لي.
