مكثفات فائقة ذاتية الشحن
في إنجاز رائد، نجح فريق من الباحثين في تطوير مكثفات فائقة ذاتية الشحن. حيث تجمع بين المكثفات الفائقة والخلايا الشمسية لأول مرة. هذه التكنولوجيا المبتكرة لديها القدرة على إحداث ثورة في مجال تخزين الطاقة المستدامة.
ويستخدم الجهاز مواد أقطاب كهربائية مبتكرة تعتمد على معادن انتقالية، مما يعزز بشكل كبير من كثافة الطاقة والقوة مع إظهار استقرار ملحوظ في الشحن والتفريغ. يمكن أن تؤدي هذه التكنولوجيا الرائدة إلى حلول عملية وعالية الأداء لتخزين الطاقة المستدامة.
محتويات المقال :
المكثفات الفائقة هي أجهزة تخزين طاقة تعمل على سد الفجوة بين المكثفات التقليدية والبطاريات القابلة لإعادة الشحن. وهي توفر سعة تخزين طاقة أعلى بكثير من المكثفات التقليدية مع توفير معدلات شحن وتفريغ أسرع مقارنة بالبطاريات. هذا المزيج الفريد من الخصائص يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، من الإلكترونيات المحمولة إلى أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق.
ويعتمد مبدأ عمل المكثف الفائق على تراكم الأيونات عند الواجهة بين القطب الكهربائي والإلكتروليت. وعلى عكس المكثفات التقليدية التي تخزن الطاقة من خلال مجال كهروستاتيكي بين لوحين موصلين مفصولين بمادة عازلة، تستخدم المكثفات الفائقة آليتين رئيسيتين لتخزين الطاقة، السعة ذات الطبقتين والسعة الزائفة.
تقدم المكثفات الفائقة العديد من المزايا مقارنة بالبطاريات. فهي قادرة على الشحن والتفريغ بشكل أسرع بكثير، وعادة في غضون ثوانٍ أو دقائق، مقارنة بالساعات المطلوبة للبطاريات. كما تتمتع أيضًا بعمر دورة أطول بكثير، حيث يمكنها تحمل مئات الآلاف أو حتى الملايين من دورات الشحن والتفريغ دون تدهور كبير. بالإضافة إلى ذلك، فهي تعمل على نطاق درجة حرارة أوسع وهي أكثر أمانًا بشكل عام من البطاريات. ومع ذلك، تتمتع المكثفات الفائقة بكثافة طاقة أقل من البطاريات، مما يعني أنها تخزن طاقة أقل لحجم ووزن معينين.
يعمل الجهاز الجديد المبتكر على تعزيز أداء المكثفات الفائقة التقليدية بشكل كبير من خلال دمج مواد الأقطاب الكهربائية القائمة على المعادن الانتقالية. كما قدم الفريق تقنية تخزين طاقة جديدة تجمع بين المكثفات الفائقة والخلايا الشمسية.
ولتحقيق هذه الغاية، قام الباحثون بتصنيع أقطاب كهربائية باستخدام مادة مركبة من الكربونات والهيدروكسيد القائمة على النيكل. ومن خلال دمج أيونات المعادن الانتقالية مثل المنجنيز (Mn) والكوبالت (Co) والنحاس (Cu) والحديد (Fe) والزنك (Zn)، تمكنوا من زيادة كل من التوصيل والاستقرار. وقد أدت هذه التطورات إلى تحسينات ملحوظة في كثافة الطاقة القدرة والاستقرار العام لدورات الشحن والتفريغ، مما دفع حدود تكنولوجيا تخزين الطاقة.
علاوة على ذلك، طور فريق البحث جهاز تخزين الطاقة الذي يجمع بين الخلايا الشمسية السليكونية والمكثفات الفائقة، مما أدى إلى إنشاء نظام قادر على تخزين الطاقة الشمسية والاستفادة منها في الوقت الفعلي. حقق هذا النظام كفاءة تخزين الطاقة بنسبة 63٪ وكفاءة إجمالية بنسبة 5.17٪، مما يثبت بشكل فعال إمكانية تسويق جهاز تخزين الطاقة ذاتي الشحن.
تُعد هذه الدراسة إنجازًا كبيرًا، لأنها تمثل تطوير أول جهاز تخزين طاقة ذاتي الشحن في كوريا يجمع بين المكثفات الفائقة والخلايا الشمسية. من خلال استخدام المواد المركبة القائمة على المعادن الانتقالية، تغلبنا على قيود أجهزة تخزين الطاقة وقدمنا حلاً مستدامًا للطاقة
تتمتع هذه التكنولوجيا المتقدمة بالقدرة على تشغيل مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الأجهزة القابلة للارتداء والمركبات الكهربائية وحتى المجتمعات والمدن بأكملها. تخيل مدينة ذكية حيث تكون المباني مجهزة بأنظمة تخزين الطاقة ذاتية الشحن، مما يوفر مصدرًا موثوقًا وفعالًا للطاقة. كما سيستطيع المزارعون تشغيل أنظمة الري الخاصة بهم باستخدام الطاقة الشمسية، وزيادة غلات المحاصيل وتقليل البصمة الكربونية.
From Sunlight to Power: Korea Unveils Revolutionary Self-Charging Supercapacitors | scitechdaily
أسرار عام 2025 "عام الغموض": هل اقترب البشر من فك شفرة الكون؟ لطالما اعتبر الإنسان…
في لحظة فارقة من تاريخ العلم، ومع إسدال الستار على عام 2025، تصدّر مشهد الابتكار…
مع نهاية عام 2025، يبرز البحث العلمي في مصر كأحد المحاور الرئيسية في استراتيجية التنمية…
تخيل أنك تستيقظ في غرفتك المظلمة تماماً. دون أن تفتح عينيك، ودون أن تلمس الجدران،…
من أعماق المحيط إلى حدود الكون: هؤلاء هم أبطال العلم لعام 2025 لم يكن عام…
في ظل تسارع وتيرة التغيرات المناخية التي تعصف بكوكبنا الأزرق، لم يعد دور المؤسسات الأكاديمية…