تحويل القرميد العادي إلى وحدات تخزين للكهرباء عبر الكيمياء الذكية.
تأليف الدكتور: جوليو دارسي. أستاذ الكيمياء في جامعة واشنطن في سانت لويس.
ترجمة: إبراهيم عبدالله العلو.
تمكنا من فهم آلية تحويل الصبغة الحمراء الموجودة في القرميد العادي إلى بلاستيك ناقل للكهرباء وبذلك قمنا عبر تلك العملية بتحويل القرميد إلى وحدات لتخزين الكهرباء في مختبر الكيمياء التركيبية بجامعة واشنطن. يمكن ربط تلك المكثفات القرميدية الفائقة بألواح شمسية لتخزين الطاقة القابلة للشحن. تخزن المكثفات الفائقة الشحنة الكهربائية بعكس البطاريات التي تخزن الطاقة الكيميائية.
تعتبر البنية النفوذة للقرميد مثالية لتخزين الطاقة لأن المسامات تمنح القرميد مساحة سطحية أكبر من المواد الصلبة وكلما زادت المساحة السطحية كلما ارتفعت كمية الكهرباء التي تستطيع المكثفات الفائقة استيعابها. يكون القرميد أحمر اللون بسبب الطين المصنوع منه والذي يحتوي على أوكسيد الحديد المعروف بالصدأ ذي الأهمية الخاصة في هذه العملية.
نعتزم ملئ المسامات القرميدية ببخار الحمض الذي يذيب أوكسيد الحديد ويحوله إلى شكلاً تفاعلياً من الحديد مما يسهل من العملية الكيميائية التركيبية. ثم نضخ غاز آخر عبر التجاويف لتعبئتها بمادة ذات أساس كبريتي تتفاعل مع الحديد. يترك هذا التفاعل الكيميائي المسامات مغلفة ببلاستيك ناقل للكهرباء يدعى PEDOT
. يغلف الغشاء الناتج سطوح القرميد بألياف نانوية (متناهية الصغر) تماثل الشعيرات التي تنتجها الفطور. يمتلك البوليمر الناقل المكون من ليف نانوي البنية مقاومة كهربائية متدنية ومساحة سطحية كبيرة مما يجعله مثالياً في التطبيقات المتعلقة بالطاقة.
توفر أعداداً قليلة من القرميد المغلف بالبلاستيك الطاقة لليدات ووفق حساباتنا توفر 60 قطعة قرميد من الحجم الاعتيادي الطاقة اللازمة للإنارة الطارئة لمدة 50 دقيقة وتستغرق عملية إعادة شحنها 13 دقيقة. ومن بين النتائج المفاجئة خلال أبحاثنا أن الجدار المصنوع من القرميد الفائق التكثيف يمكن إعادة شحنه 10000 مرة مما يتوافق مع المكثفات الفائقة المصنوعة من ال PEDOT
وقمنا بنشر تلك النتائج في مجلة ناتشر.
قمنا بتحويل أوكسيد الحديد وهو المادة المتوافرة بكثرة والتي تعتبر من النفايات إلى وسيط تفاعلي — أي مادة مهمة في التفاعلات الكيميائية. ومن خلال التحكم بالتفاعل الكيميائي الذي يستخدم هذا الوسيط انتجنا غلافاً مصنوعاً من ليف نانوني نصف ناقل.
يعتبر تحويل الصدأ إلى مصدراً للمادة المفيدة من الناحية الكيمائية ذي أهمية اقتصادية ويثبت إمكانية التحويل في التصنيع الكيميائي. ويظهر بحثنا كيفية تحويل النفايات وإعادة تدويرها لإنتاج مواداً مفيدة توسع القيود الوظيفية لمواد البناء.
يمثل بحثنا الدليل الأول لتخزين الطاقة في القرميد وهناك أبحاثاً أخرى تقوم بتحوير القرميد كيميائياً لاستخدامات أخرى. يمكن استخدام الصبغة الحمراء في القرميد كوسيط كيميائي ولكن ذلك يتطلب معالجة مهمة لضمان نقاء أوكسيد الحديد المعزول. مزجت جزيئات أوكسيد الحديد النانوية (المتناهية الصغر) مع القرميد والاسمنت لإزالة الملوثات الجوية. وصنع بحاثة آخرون قرميداً يدمج المواد الكربونية النانوية لتشكيل أقطاباً ناقلة للكهرباء.
يتعين علينا رفع كمية الطاقة التي يتمكن القرميد من تخزينها ونعمل على إيجاد طرقاً لتحويل بنية الألياف النانوية إلى مركبات تحتوي على انصاف نواقل أخرى من أجل رفع كمية الطاقة التي يمكن تخزينها.
نعتزم تطوير عملية التركيب الكيميائي بحيث نخفض التكلفة وننتج القرميد المغلف بالبوليمر بسرعة أكبر. ونقوم بتطوير توليفات كيمائية تحفز التركيب الذاتي داخل القرميد بحيث تتمكن الألياف النانوية من تشكيل انماطاً ثلاثية الأبعاد مما يرفع المساحة السطحية.
نسعى من خلال هذا البحث لتطوير القرميد المشكل والجاهز للتركيب بدون استخدام الأسلاك ونعتزم انتاج وحدات قابلة للتركيب مثل وحدات الليغو.
تاريخ 11 آب (أغسطس 2020)
المصدر:
