مادة ثورية تخزن الطاقة الشمسية لساعات بعد غروب الشمس

مادة ثورية تخزن الطاقة الشمسية لساعات بعد غروب الشمس

تعد أحدث التطورات في مجال تخزين الطاقة باتباع نهج موجه نحو المستقبل لاستخدام الطاقة المتجددة. الباحثون في جامعة ميونيخ التقنية (TUM) قام معهد ماكس بلانك لأبحاث الحالة الصلبة وجامعة شتوتغارت بتطوير مادة جديدة تمتص ضوء الشمس وتوفر تخزين الطاقة على المدى الطويل. تعتمد هذه المادة الإطارية العضوية ثنائية الأبعاد عالية المسامية، والتي تسمى بالإطار العضوي التساهمي (COF)، على النفثالينيديميد وتسمح بتخزين الطاقة في وسط مائي لأكثر من 48 ساعة.

تعمل المادة المبتكرة على تثبيت الشحنات الناتجة أثناء امتصاص ضوء الشمس من خلال التأثير على اتجاه جزيئات الماء المحيطة. وهذا يخلق حاجزًا نشطًا يمنع هذه الشحنات من إعادة الاتحاد. بفضل سعة تخزين تبلغ 38 مللي أمبير/جرام، فإنه يتفوق في الأداء على العديد من المواد الضوئية الموجودة بالإضافة إلى المواد الإطارية المماثلة وأشباه الموصلات الجزيئية الأخرى.

الوظائف والمزايا التكنولوجية

إن الجمع بين استخدام الضوء والتخزين طويل الأمد في مادة خالية من المعادن يفتح آفاقًا جديدة لتخزين الطاقة. ويدعم هذا التطور مجموعة التميز للتحويل الإلكتروني، والتي تهدف إلى تحقيق كفاءة أكبر في تحويل وتخزين الطاقة. توفر COFs القائمة على الكيمياء التساهمية الشبكية والديناميكية إمكانات كبيرة في تطوير أجهزة الطاقة المتقدمة. ويتم دعم ذلك من خلال المرونة في التصميم والمسامية القابلة للتعديل للأغشية، مما يتيح إمكانيات جديدة في تخزين الطاقة وتحويلها.

وفقا ل شرط يقدم البحث الحالي لمحة شاملة عن أغشية COF في التطبيقات الخاصة بالطاقة، بما في ذلك خلايا الوقود والبطاريات القابلة لإعادة الشحن والمكثفات الفائقة وتحويل الطاقة الضوئية. تركز الأنشطة البحثية أيضًا على طرق التوليف والتطبيقات المبتكرة لهذه المواد.

التحديات والفرص المستقبلية

إحدى القضايا الهامة في مجال تخزين الطاقة هي الحاجة إلى معالجة استخدام الطاقة المتجددة، والتي تعتمد بشكل كبير على الوقت من اليوم والظروف الجوية. يؤكد ألكسندر أوبيتز، أستاذ تحويل الطاقة الكهروكيميائية في جامعة فيينا للتكنولوجيا، على أهمية التقنيات الجديدة، مثل بطاريات أيونات الأكسجين، التي لا تتطلب عناصر مهمة مثل الليثيوم أو الكوبالت. ويمكن لهذه البطاريات أن تقلل الاعتماد على المواد الخام الجيوسياسية، كما أنها غير قابلة للاشتعال وغير سامة.

من خلال نقل أيونات الأكسجين بشكل عكسي بين الأقطاب الكهربائية عند درجات حرارة تتراوح من 300 إلى 500 درجة مئوية، توفر بطاريات أيونات الأكسجين مزايا كبيرة. تهدف هذه التقنية إلى دعم تخزين الطاقة الثابتة عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية من أوقات الإنتاج المرتفع إلى أوقات ارتفاع الطلب. يؤكد مايكل ستروجل، الرئيس التنفيذي لشركة VERBUND، على الحاجة الملحة للبحث المستمر لتعزيز التحول في نظام الطاقة.

ويمثل افتتاح معمل كريستيان دوبلر لأبحاث بطاريات أيون الأكسجين خطوة مهمة. يتم تشغيله بواسطة الوزارة الاتحادية للشؤون الاقتصادية والطاقة والسياحة ويهدف إلى مواصلة تطوير قدرات التطبيق العملي لهذه التكنولوجيا.