نجح مختبر ستانفورد بتحقيق هدفين: وقود هيدروجيني نظيف وبطاريات زنك قابلة للشحن

وجد مختبر في ستانفورد حلين لمشكلتين قديمتين: صناعة وقود هيدروجيني نظيف، وإيجاد تخزين فعّال بمقياس ضخم لفائض الطاقة من الطاقات المتجددة.

يعمل مختبر بحثي في جامعة ستانفورد على حلين لمشكلتين تقنيتين مُلِحتين: صناعة وقود هيدروجيني نظيف، وبطاريات زنك قابلة للشحن لمزارع الطاقات المتجددة.

مواد جديدة

يُعتبر الهيدروجين بديلاً نظيفاً للغازولين، وقد أنتجت سيارات تعمل بالهيدروجين منذُ العام الماضي، ولكن المشكلة هي أنه لم يتم تطوير وقود هيدروجيني نظيف بعد.

تصنيع الهيدروجين يؤدي إلى انطلاق انبعاثات، حيثُ تُطلق العملية ثنائي أوكسيد الكربون إلى الجو، والحل الممكن هو صناعة الكترودات كهرضوئية لفصل الماء، حيثُ تقوم بفصل ضوء الشمس، ولكن تصدأ الالكترودات الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون بسرعة عند تعرّضها للأكسجين.

تقترح الدراسة - التي نشرت في مجلة Science Advances - استخدامَ فانادات بزموت في الخلايا الشمسية، وهي مادة تمتص ضوء الشمس، وتولّد كميات متواضعة من الكهرباء، كما أنها مقاومة للصدأ.

ولتعديل القصور الناجم عن استخدام فانادات بزموت (bismuth vanadate) - و هو مركب كيميائي BiVO4 على شكل بودرة صفراء لامعة مع صبغة خضراء خفيفة و هو مخضب غير عضوي معقد و ما أن يستعمل كمخضب فإنه يتميز بصفاء عالي و إخفاء الطاقة بشكل متميز -، والتي تتضمن السماح بعبور كمية كبيرة من الضوء عبر المادة، أنتج الباحثون مصفوفات مجهرية تحوي آلاف المخاريط النانوية السيليكونية، لزيادة قدرة الخلية الشمسية على حبس الضوء.

وخلال اختبار الخلية الشمسية الجديدة، حقق الجهاز فعالية تحويل مقدارها 6.2 بالمئة، ويتوافق هذا الرقم مع المعدل الأقصى النظري لخلية فانادات بزموت، وبالتالي هذا يعطينا فكرة عن مقدار التحسن الممكن للتوصيل الكهربائي الخاص بنا.

تغيير الوجوه

وفي دراسة ثانية تم نشرها في مجلة Nature Communications، اقترح الباحثون تصميمَ بطارية جديدة، تسمح للمزارع الشمسية ومزارع الرياح بتخزين الطاقة الكهربائية الزائدة المنتجة.

وقد دُرست بطاريات الزنك-نيكل لاستخدام محتمل في تخزين فائق الطاقة بمقياس شبكة المدينة، ولكن تسبب التشعبات التي تتشكل على الكترودات الزنك خلال الشحن داراتٍ مقصورة.

يقترح الباحثون تغييراً في تصميم البطارية: وذلك بتشكيل حواجز، حيثُ تتوضع الكترودات الزنك والنيكل في البطاريات التقليدية بشكل متقابل، ولهذا تصل تشعبات الزنك إلى الكترودات النيكل، بينما عند فصلهما عن بعضهما باستخدام عازل بلاستيكي، وتغليف حواف الكترود الزنك بعازل كربوني، تتشكل التشعبات في الاتجاه الثاني، ولا تصل إلى الالكترود الآخر، ولإثبات استقرارها، نجح الباحثون بشحن وتفريغ البطارية أكثر من 800 مرة دون أي قصر.

في النهاية، سيؤدي ابتكار مثل هذا إلى بدء عصر جديد من التقدم في كل مكان.