الإثنين, 24 حزيران/يونيو 2013 12:00

باستخدام تكنولوجيا النانو : سيارات من البلاستيك الموصل للكهرباء

Rate this item
(0 votes)

يتم الإنفاق سنوياً على البطاريات بأنواعها المستخدمة فى الهواتف المحمولة والكاميرات وأجهزة الكومبيوتر ، أكثر من 50 بليون دولار سنوياً ، وهذا ما زال يمثل صداعاً  ، سواء بالنسبة للمهندسين الذين يجب أن يضغطوا حجمها قدر المستطاع ، أو للملايين الذين تفرغ بطارياتهم .

وأخيراً أصبح بالإمكان حل هذه المشكلة  ، فقد بدأ الباحثون فى إعادة النظر فى طرق تخزين الكهرباء بالبطارية   . وذلك بالتفكير فى المواد الحديثة مثل البلاستيك ، مما يحافظ على الطاقة التى نحتاجها , وباستخدام هذه المواد بهذه الطريقة ، لن نضع حداً فقط لنفاد الطاقة ، بل سنضع حداً فاصلاً للبطارية كما نعرفها ، ففى المستقبل ، لن يحمى البلاستيك فقط الأجزاء الداخلية للهواتف المحمولة ، بل سيقوم بشحنها بالطاقة أيضاً  ، بل إن الحوائط وأرضيات المنازل سوف تقوم بدورين مهمين ، الأول :  أنها مواد عازلة ، والثانى ضمان  تدفق الإضاءة أيضاً  ، بل إن الورق أيضاً سيضمن إستمرارية تشغيل الأجهزة .

 ووفقا لاميل جرينهالج وهو عالم المواد في امبريال كوليدج في لندن :  فإن أول ما سيشهد إختلاف هو الطرق ، فعلى الرغم من أن السيارة القادمة قد تبدو مألوفة ، إلا أن هيكلها  يمكن أن يصنع من المواد المركبة خفيفة الوزن بدلا من الفولاذ ، وإذا إستطاع ( جرينهالج )  إكمال أبحاثه ، فسوف يساعد هذا الهيكل على  تخزين الطاقة التي يحتاجها محرك السيارة ، للإستخدامات اليومية ،  لنحصل عليها من السقف أو الأبواب ، على حد قوله .

   ظهرت هذه الفكرة فى عام 2003 ، عندما أجرى جرينهالج مع بعض زملائه  بعض الأبحاث لوكالة أبحاث المملكة المتحدة ، فى معمل علوم تكنولوجيا الدفاع ، لإستخدام مادة جديدة تتحمل الضغط والحمل الشديد ، مع إمكانية تخزين الطاقة الكهربية .
بدأوا مع المواد التي هي بالفعل ثورة في صناعة الطيران مثل ألياف الكربون التى  تشتهر بقوة تحملها مع خفة وزنها ،  عندما تستخدم لتقوية راتنجات البلاستيك ، حيث تشكل مركب قوى يستخدم في سيارات سباق الفورمولا واحد ، وطائرات الركاب الجديدة مثل طائرات بوينغ 787 .

فبدلا من بناء البطارية ، قرروا التفكير فى تطوير عنصر جديد لتخزين الطاقة  :  فالبطارية تتكون من قطبين ، موجب وسالب  الفرق في الشحنة الكهربائية بين الأقطاب يؤدي إلى تدفق ايونات مشحونة بالكهرباء عندما تكون البطارية جزء من الدائرة ، . فالبطاريات تخزن الكهرباء في ذلك الشكل الكيماوي ، بينما المكثفات الجديدة تكون متراكبة الأقطاب  ، بينها طبقة عازلة تبقي هذه الأقطاب منفصلة ،  صلابة هذه المكثفات هو ما يجعلها أسهل فى التعامل مع ضغوط التحميل .
المفتاح لخلق مكثف يمكنه تخزين الكهرباء بكميات مفيدة لأدواتك هو تعظيم منطقة سطح الأقطاب . بتغليف ألياف الكربون بطبقة كثيفة من الأنابيب النانومترية ، توضع هذه الأنابيب بين سطحين موصلين مع إضافة طبقة من الألياف الزجاجية العازلة بينهما ، والمغطى بالكثير من البوليميرات.
جلبت الأنابيب النانومترية  فائدة غير متوقعة -- أنها لا تخزن فقط الكثير من الطاقة  ، لكنها تجعل المكثف أقوى للغاية. في جزء منه ، وصولا الى منطقة سطحها ، مما يساعد على خلق أفضل تدفق بين الألياف ،  والراتنجات والأنابيب النانومترية  تعمل أيضا مثل حبال الرجل ، تمتد خارجا من ألياف الكربون وتساعدعلى منع الإلتواء تحت الضغط . والنتيجة مبهرة ، لوحة خفيفة الوزن يمكنها تخزين 1 واط ساعة للكيلوجرام الواحد ، وحوالى عشرون ضعف القدرة التقليدية
ومن المتوقع أن تستخدم هذه الطريقة أولاً فى جيل جديد من السيارات ذاتية الشحن الكهربى ، وبوزن يصل الى 15 % من وزن السيارة التقليدية ، بعد إستبدال الفولاذ ، المكون الرئيسى للسيارة ، بهذه المادة الجديدة ، التى تتميز بالصلابة ، وبالقدرة الهائلة على تخزين الطاقة ، مما يبشر بجيل جديد من السيارات الكهربية .

والجدير بالذكر أن البلاستيك الموصل للكهرباء ما هو إلا نوع من المعادن العضوية . فحتى عقود قليلة مضت شاع عن البلاستيك أنه مادة عازلة للتوصيلية الكهربائية . هذا الاكتشاف الذي يجمع النقيضين : العزل والتوصيل في مركب واحد سيفتح مجال واسع لتطبيقات واستخدامات متباينة للبلاستيك ، وتتويجاً لهذا الاكتشاف التاريخي منح ثلاثة كيميائيين جائزة نوبل قبل سنتين لاكتشافهم المذهل هذا .
هذه المعجزة تمت في أول الأمر باستخدام بولمر عديم الفائدة التطبيقية Polyacetylene وعن طريق التحكم في ظروف بلمرته تم التحكم في التواجد الفراغي للروابط الكيميائية المزدوجة لتصبح في الوضع cis بدلاً عن الوضع trans ، وبهذا أمكن للبولمر الجديد أن ينقل التيار الكهربائي .
هذه المناورة الكيميائية البسيطة مكنت من تطبيقات صناعية كانت تعد ضرب من الخيال مثل إنتاج بطاريات بلاستيكية خفيفة الوزن بديلاً عن تلك المعدنية الثقيلة الوزن . وبهذا جعلت هذه البطاريات المطورة والخفيفة الهواتف النقالة حقيقة ماثلة للعيان . هذا النوع من البلاستيك يدخل كذلك في تصنيع شريحة الاتصال للهواتف النقالة وهي كذلك أساس عمل بطاقات الصرف البنكية و ما يشابهها من البطاقات الشخصية. يستخدم هذا البلاستيك كذلك في صناعة أشباه الموصلات عصب أجهزة الحاسب الآلية الحديثه كما يستخدم ايضا في بعض أجهزة إصدار أشعة الليزر .
بهذه التقنية الفريدة أمكن إنتاج ما يعرف بنوافذ المباني الذكية Windows Smart  المكونة من زجاج مغطى بطبقة بلاستيكية خاصة تغير من شفافيتها عند مرور تيار كهربائي ، لذا فان هذه النوافذ في الأيام المشمسة تكون داكنة اللون مما يساعد علي تقليل أشعة الشمس والحرارة . لكن أن يصنع منها هيكل سيارة فهذا جديد .

Read 3884 times