المكثفات الفائقة تلك التقنية الواعدة

مالذي جعل شخصاً حصيفاً كـالمدير التنفيذي لشركة تسلا Elon Musk أن يقول:

أنه يعتقد أن البطاريات التي تستخدم المكثفات الفائقة ستحل مكان البطاريات التقليدية قريباً؟
فما الميزات التي تملكها تلك البطاريات وكيف تعمل؟

إن أبرز ميزات المكثفات الفائقة هي أن التخزين يتم فيها بمجال كهربائي وليس عبر تفاعل كيميائي مما يسمح بشحنها وتفريغها لملايين المرات خلافا للبطاريات ذات العمر المحدود والقصير.

إن أهم تطبيقات المكثفات الفائقة هي استخدامها مع توربينات توليد الطاقة من الرياح بسبب التفاوت الهائل بين سويات الطاقة، كما تستخدم بنجاح لتخزين الطاقة أثناء استخدام المكابح في السيارات الهجينة.

يتألف المكثف من لوحين معدنيين يفصل بينهما عازل ، أثناء الشحن تتراكم الألكترونات على أحد اللوحين وتهجر الأخر مما يولد فرقا بالكمون بينهما.

تسعى الالكترونات لإيجاد التوازن بين اللوحين وذلك بمحاولة التسرب عبر العازل ولكن يبقى المسار الأفضل هو خارج المكثف عبر ناقل يصل بين اللوحين اللذان سندعوهما اللبوسين.

المكثفات الفائقة:

كما في المكثفات التقليدية تتألف المكثفات الفائقة أيضاً من لوحين من المعدن ولكن هنا يتم تغليف كل منهما باسفنج مسامي يدعي الكربون الفعال ويُعزل بينهما بعازل ويتم إشباعهما بسائل كهرليتي غني بالشحنات.

عند الشحن تهجر الالكترونات لبوس وتتراكم على اللبوس الأخر مما يحدث فرقاً في الكمون.

إن هذه التقنية سمحت بالحصول على سعات كبيرة للغاية مقارنة بالسعات القديمة فمثلا تجد مكثف بشكل اسطوانة ارتفاعها 2سم وقطرها 1سم لا تتجاوز سعتها 100 ميكروفارد بينما نجد أن نفس الحجم بالمكثفات الفائقة يسمح بالحصول على ما يقارب 10 فاراد أي مئة الف مرة اكثر.

أمكن صناعة بطاريات باستخدام المكثفات الفائقة التي حققت قفزة نوعية إلا أنها لاتزال تحبو فمثلا ماذا لو تم استخدامها كبديل عن بطارية الموبايل؟!!

نعم يمكن هذا فهي تمتاز بميزة عالية جدا وهي سرعة الشحن مقابل سرعة التفريغ ولكن استخدامها سيعني الحاجة لشحن الموبايل عدة مرات باليوم ورغم ان عملية الشحن لن تستغرق سوى ثواني قليلة إلا أن هذا شكل عائقا كبيرا أمامها.

لكن مع هذا فقد أمكن استخدامها بصناعة بطاريات سيارة متفوقة للغاية.

يمكن تشبيه البطارية المصنوعة بواسطة المكثفات الفائقة بدلو صغير وصنبور ماء كبير يمكن ملأ الدلو بسرعة كبيرة لكنه سيفرغ بسرعة أيضاً بينما في البطاريات فالأمر أشبه بدلو كبير وصنبور صغير للغاية.

بالفعل بدأت بعض الشركات المنتجة للسيارات الكهربائية والأنظمة الصوتية الراقية باستخدام البطاريات الفائقة ، لكن لازال التحدي الكبير كيف يمكن زيادة فاعلية البطاريات التي تستخدم المكثفات الفائقة؟

علينا أن نتذكر أن الطاقة المختزنة تساوي نصف سعة المكثف × بمربع الجهد مما يعني أن الطريق للوصول لزيادة الطاقة المختزنة سيكون أقصر فيما لو نجحنا من صناعة مكثفات فائقة تعمل بجهود كبيرة.

بدأ الباحثون بهدف زيادة السعة باستخدام تقنية (Carbon nanotube - CNT) حيث تم صنع انابيب نانوية شكلت ما يشبه الفرشاة مما ساعد بتقليص الحجم كما سمح بالوصول لجهود أكبر لأن انابيب الكربون النانوية احتملت جهوداً أكثر من الكربون الفعال.

بقي أن نقول أن المفاجأة أن جنرال الكتريك قد اكتشفت المكثفات الفائقة سنة 1957!!!

فيصل العطري

نُشر لأول مرة سنة 2014

http://a2z-cn.com/ar/page/المكثفات-الفائقة-تلك-التقنية-الواعدة

المكثفات الفائقة تلك التقنية الواعدة