تتوسع مجالات استخدام بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير، ابتداء من الهواتف الذكية وحتى السيارات، لكن المشكلة تكمن في شحنها، وهو أمر توصل باحثون من “مركز تكنولوجيا علم النانو” في جامعة “سنترال فلوريدا” الأمريكية إلى إيجاد حل عبر تطوير مكثفات فائقة نانوية.
فعلى خلاف البطاريات التي تخزن الطاقة من خلال عمليات كيميائية، فإن المكثفات تخزن الطاقة باستخدام الكهرباء الساكنة، وهي بذلك تتفوق على البطاريات من حيث سرعة الشحن العالية والتفريغ وخفة الوزن إلى جانب تآكلها البطيء نسبيا، وعدم احتوائها على مواد كيميائية سامة وخطيرة.
وتملك المكثفات الفائقة قدرة تخزين أعلى من المكثفات العادية، لكن استخدام هذه المكثفات في الهواتف الذكية أو الحواسيب المحمولة على سبيل المثال غير عملي بسبب كبر حجمها مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون عند تخزين المقدار ذاته من الطاقة، وهنا لعبت الهندسة النانوية دورها.
فقد طور الباحثون من جامعة سنترال فلوريدا مكثفات فائقة مصنوعة من أسلاك نانوية تتألف من نواة أحادية البعد (مصنوعة من بلورات أحادية لثالث أكسيد التنجستن) ملفوفة بهياكل ثنائية الأبعاد (مصنوعة من ثاني كبريتيد التنجستين) مفصولة عن بعضها بجزء من النانومتر.
“المواد على مقياس النانو لها على الأقل بعد واحد قياسه أقل من نحو مئة نانومتر، حيث النانومتر جزء من المليون من الميليمتر والذي هو أصغر بمئة ألف مرة من قطر شعرة الإنسان”
وبهذا تكون المكثفات الفائقة من أسلاك النانو قد حلت مشكلة الحجم، وذلك أن المواد على مقياس النانو لها على الأقل بعد واحد قياسه أقل من نحو مئة نانومتر، حيث النانومتر جزء من المليون من الميليمتر، والذي هو أصغر بمئة ألف مرة من قطر شعرة الإنسان؛ أي أنه يمكن وضع ملايين من أسلاك النانو في نفس الحجم الذي تحتله بطارية ليثيوم أيون في هاتف خلوي.
ويؤدي تجميع ملايين من أسلاك النانو إلى إنتاج مكثفات فائقة ذات خصائص تجعلها بديلا مثاليا لبطاريات الليثيوم أيون، فهي تتميز بسرعة فائقة في الشحن والتفريغ؛ فسرعة إعادة الشحن فائقة لدرجة أنه يمكن شحن الأجهزة الكهربائية المزودة بمكثفات فائقة بأسلاك النانو خلال ثوان، وشحنها سيدوم أكثر من أسبوع عند الاستخدام العادي.
أما معدل سرعة التفريغ العالي فسيتيح للسيارات الكهربائية المزودة بالمكثفات الفائقة بأسلاك النانو التسارع بسرعة أكبر مقارنة بالسيارات المجهزة ببطاريات الليثيوم أيون.
كما أنها لا تتآكل بسرعة بطاريات الليثيوم أيون، ففي حين تدوم الأخيرة بين ألف إلى 1500 دورة إعادة شحن فإن المكثفات الفائقة بأسلاك النانو لم تُظهر أي تراجع في أدائها بعد إخضاعها لثلاثين ألف دورة إعادة شحن.
وإضافة إلى كل ما سبق فإن المكثفات الفائقة بأسلاك النانو مرنة ويمكن صنعها بأشكال مختلفة أو دمجها في الأجهزة القابلة للارتداء.
وفي هذه المرحلة فإن هذه المكثفات ما تزال في مراحلها التجريبية وغير جاهزة لاعتمادها تجاريا، ويعمل مكتب نقل التقنية في الجامعة على تسجيل براءة اختراع بها، ونشر البحث المتعلق بهذه التقنية في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.