علماء جامعة ينكوبينج للإلكترونيات يخترعون ورقة لتخزين الكهرباء

طور الباحثون في مختبر جامعة ينكوبينج للإلكترونيات العضوية في السويد، ورقة لتخزين الطاقة، وهي عبارة عن مادة جديدة تمتلك قدرة بارزة على تخزين الطاقة، وتتألف المادة التي تتكون منها هذه الورقة من السليلوز النانوي والبوليمر الموصل، وقد تم نشر نتائج هذا الابتكار في مجلة (Advanced Science).

يمكن لورقة واحدة لا يتخطى قطرها الـ15 سم وتصل سماكتها إلى بضعة أعشار من المليمتر، أن تخزن ما يصل إلى 1 فاراد من الطاقة، وهو ما يماثل قدرة المكثفات الفائقة التي توجد حالياً في الأسواق، كما ويمكن إعادة شحن هذه الورقة مئات المرات ولا يستغرق شحنها سوى بضع ثوان في كل مرة.

يعتبر هذا المنتج بمثابة حلم يتحقق في عالم يتطلب فيه استخدام الطاقة المتجددة إيجاد وسائل جديدة لتخزين الطاقة، وذلك لتخزين الطاقة من فصل الصيف الى الشتاء، من يوم عاصف إلى آخر هادئ، من يوم مشمس إلى يوم تغطيه طبقة كثيفة من السحب.

تبعاً لـ(خافيير كريسبين) وهو أستاذ الإلكترونيات العضوية والمؤلف المشارك في المقال الذي تم نشره في مجلة (Advanced Science)، فإن الأغشية الرقيقة التي تعمل كمكثفات كانت موجودة منذ بعض الوقت، ولكن ما قام الباحثون به اليوم هو إنتاج هذه المواد بشكل ثلاثي الأبعاد، وبهذا أصبح بالإمكان إنتاج هذه المواد بشكل ورقة سميكة.

تبدو المواد التي تم صنع ورقة الطاقة منها وكأنها ورقة بلاستيكية، وقد قام الباحثون بداعي التسلية باستخدام أحد الأوراق لصناعة بجعة بطريقة الأوريغامي، وهذا ما يعطي مؤشراً على قوتها.

تتألف البنية الأساسية للمادة من السيليلوز النانوي، وهي ألياف من السيليلوز يمكن تقسيمها باستخدام المياه ذات الضغط العالي إلى ألياف رقيقة تصل إلى 20 نانومتر في القطر، ومع وجود ألياف السيليلوز في محلول الماء، يتم إضافة البوليمرات المشحونة كهربائياً (PEDOT: PSS) إلى المحلول المائي كذلك، لتقوم البوليمرات بتشكيل طبقة رقيقة حول الألياف.

بعد ذلك وتبعاً لـ(يسبر ادبرغ)، وهو طالب الدكتوراه، أجرى تجارب مع (عبد الله مالتي)، الذي أنهى مؤخراً شهادة الدكتوراه، فإن الألياف التي تمت تغطيتها بالبوليميرات تتشابك، وحينها يعمل السائل الذي بقي في الفراغات بين الألياف كمحلول كهربائي.

استطاعت مادة السليلوز بوليمر الجديدة أن تصل إلى رقم قياسي عالمي جديد في التوصيل المتزامن للأيونات والإلكترونات، وهو ما يفسر قدرتها الاستثنائية على تخزين الطاقة، كما أنها تفتح الباب أمام التطوير المستمر للوصل إلى قدرة تخزين أعلى من ذلك، فخلافاً للبطاريات والمكثفات التي توجد حالياً في الأسواق، فإن ورقة حفظ الطاقة هذه يتم إنتاجها من مواد بسيطة تتألف من السليلوز المتجدد والبوليمر المتاح بسهولة، كما إنها خفيفة الوزن، ولا تتطلب وجود أي مواد كيميائية خطرة أو معادن ثقيلة، وبالإضافة إلى كل ما سبق، فهي كذلك مقاومة للماء.

أخيراً، فإن المواد التي تتشكل منها ورقة حفظ الطاقة الجديدة هي تماماً مثل اللب العادي الذي لابد من تجفيفه قبل تصنيع الورق، لذلك فإن التحدي يتمثل في تطوير عملية صناعية لتلبية هذا الغرض.