هل تحلم بشحن هاتفك الذكي في ثوانٍ قليلة؟ إليك إذن بعض الأخبار المفرحة!
طوّر فريق من جامعة فلوريدا عمليَّة جديدة من أجل خلق مكثفات فائقة مرنة بإمكانها تخزين الطاقة مع إمكانية إعادة شحنها حتى 30 ألف مرَّة من دون خسارة قدراتها.
وتبشر هذه الطريقة الجديدة التي ابتكرها مركز تقنية علوم النانو في جامعة فلوريدا بثورة تقنية في الهواتف النقالة أو حتى السيارات الكهربائيَّة.
ويشرح نيتين شودري (Nitin Choudhary) المشارك في البحث قائلًا: «إذا استبدلوا البطاريات بهذه المكثفات الفائقة، ستستطيع شحن هاتفك النقال في ثوانٍ قليلة، و لن تحتاج إلى إعادة شحنه لأكثر من أسبوع.»
فأي مستخدم للهواتف الذكية يعرف هذه المشكلة، إذ بعد حوالي 18 شهرًا، يحتفظ الجهاز بطاقة أقل فأقل مع بداية فقدان البطارية لقدراتها.
ودأب العلماء على دراسة استعمال مواد النانو من أجل تحسين المكثفات الفائقة التي بإمكانها دعم أو حتى استبدال البطاريات في الأجهزة الإلكترونية. لكن هذه مشكلة مستعصية، لأنَّ المكثفات الفائقة التي بإمكانها تخزين طاقة نظيرة لتلك التي تخزنها بطاريات الليثيوم الأيونية، يجب أن تكون كبيرة الحجم جدًا.
استخدم فريق من جامعة فلوريدا مواد ثنائيَّة الأبعاد مكتشفة مؤخرًا على المكثفات الفائقة، لا يتعدى سمكها القليل من الذرات. وجرَّب باحثون آخرون تشكيلات أخرى من الجرافين ومواد ثنائية ذات أبعاد أخرى، لكنهم حصدوا نجاحًا محدودًا.
ويقول إيريك جونغ (Eric Jung) الباحث الرئيس للفريق عن هذا الأمر: «كان لدينا مشكلات تمنع دمج هذه المواد ثنائية الأبعاد مع الأنظمة الموجودة ــ وكان ذلك مأزقًا في المجال. طورنا تركيبة كيميائيَّة تسمح بدمج الأنظمة الموجودة مع المواد ثنائية الأبعاد بسهولة كبيرة.»
طوّر فريق جونغ مكثّفات فائقة مصنوعة من الملايين من الأسلاك بكثافة نانو-مترية مغلفة بهياكل من المواد ثنائية الأبعاد. وتسهّل المواد الموصلة بشكل كثيف عملية انتقال الإلكترونات من أجل شحن وتفريغ سريعين. وتنتج الهياكل الموحدة المغلفة من المواد ثنائية الأبعاد طاقة عالية.
ويدرك العلماء التوقعات العظيمة التي تمنحها المواد ثنائية الأبعاد في مجال تطبيقات شحن الطاقة. وحسب جونغ، لم يكن لذلك أن يتحقق قبل أن يقوم فريق جامعة فلوريدا من تطوير آلية دمج هذه المواد.
يقول شودري في هذا الشأن: «بالنسبة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة، تتجاوز موادنا قدرات المواد التقليدية المنتشرة في جميع أنحاء العالم من ناحية كثافة الطاقة وكثافة القوة والاستقرار الدوري.»
يحدد الاستقرار الدوري عدد المرَّات التي يمكن أن يشحن فيه الجهاز قبل أن يبدأ بفقدان قدراته. على سبيل المثال، بطارية الليثيوم الأيونية يمكن أن تشحن حوالي 1500 مرَّة من دون أن تفشل في ذلك. أما التشكيلات الحديثة من المكثفات الفائقة مع مواد ثنائية الأبعاد فهي قابلة للشحن لبضع آلاف من المرات.
وللمقارنة، باستطاعة المكثفات الفائقة التي ابتكرها فريق جامعة فلوريدا أن تشحن 30 ألف مرَّة من دون أن تتراجع نسبة كفاءتها. ويعمل جونغ حاليًا مع مكتب جامعة فلوريدا للتقنية للحصول على براءة اختراع الطريقة الجديدة.
تستخدم المكثفات الفائقة التي تعتمد على المواد الجديدة في الهواتف الذكية والمعدات الإلكترونية، ويمكن حتى للسيارات الكهربائيَّة الاستفادة من هذه النقلة النوعية في تخزين الطاقة وسرعتها. وبسبب مرونتها، يمكن أن تشكل تقدمًا جيدًا في التقنية القابلة للارتداء أيضًا.
يقول جونغ «إنَّها غير جاهزة للتسويق بعد، وهي عرض يثبت المفهوم، وتظهر دراستها تأثيرات كبيرة على العديد من التقنيات.»
إعداد: وليد سايس
تدقيق: أحمد شهم شريف
