تحتاج الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية إلى مصادر طاقة تتميز بسرعة الشحن وديمومته كالطاقة التي تزودها مكثفات الطاقة الفائقة، إلا أن استخدام الأحماض في تلك الأجهزة يمكنه أن يعيق التقدم في تطوير مواد لتخزين الطاقة. لذلك، تصدى باحثون من جامعة خليفة لحل هذه المشكلة من خلال تطوير هيكل معدني عضوي موصل جديد قائم على الحديد، حيث تم التقدم بطلب براءة اختراع أمريكية لحفظ حقوق نتائج هذه الدراسة.
نشِرَت نتائج هذا البحث في ورقة بعنوان "هيكل معدني عضوي موصل قائم على الحديد لتطوير مكثف فائق الطاقة في حالة شبه صلبة" في مجلة "ذا كيميكال انجينرينغ" المتخصصة في شؤون الهندسة الكيميائية.
وأشرف الدكتور دينيش شيتي، الأستاذ المشارك في الكيمياء والمسؤول عن الموضوعات البحثية في مركز التحفيز والفصل في جامعة خليفة، على الفريق البحثي الذي ضم كلًا من صفاء عبد الله جابر، طالبة دكتوراه والدكتور عبد القيوم محمد، باحث دكتوراه وجيجي خافيير. وشملت قائمة المشاركين الآخرين في البحث ياو هي، من جامعة نيويورك في أبوظبي وأجمل بانديكاسالا وماريا كوريان من المختبر الكيميائي الوطني سي إس آي بمدينة بوني الهندية وبيلار بينا سانشيز والدكتور فيليب غاندارا من معهد علوم المواد التابع للمجلس الأعلى للبحوث العلمية بالعاصمة الإسبانية مدريد والدكتور ستيفانو كانوسا، من معهد ماكس بلانك لبحوث الحالة الصلبة بمدينة شتوتغارت الألمانية.
تتميز مادة الهيكل المعدني العضوي بأنها أكثر ملاءمة للعديد من المحاليل الأيونية ذات الحموضة العالية والتي توصل الكهرباء بين الأقطاب الكهربائية في المكثفات الفائقة التقليدية، ما يعني الحصول على أداء أفضل وديمومة أكثر لهذه المكثفات. وتتسم المادة المستخدمة في الهياكل العضوية أيضًا بأنها مقاومة للأحماض وقادرة على تحمل مستويات مرتفعة من الرطوبة والملوثات الجوية، كما تعتبر فعالة ويمكن شحنها وتفريغها 36,000 مرة دون أن تفقد الكثير من قدرتها على تخزين الطاقة، حيث تحتفظ بنسبة 80% من قدرتها الأولية. ويمكن أن تتحمل هذه المادة درجات الحرارة الشديدة والذي يبدو واضحًا من خلال حفظها لنسبة 93% من كتلتها في درجة حرارة تصل إلى 280 درجة مئوية مع بقائها مستقرة ضمن مجموعة متنوعة من المذيبات، بما في ذلك الماء المغلي.
وتُظهِر المادة المستخدمة في الهياكل المعدنية العضوية القائمة على الحديد أيضًا مقدرة قوية على الاحتفاظ بغاز ثاني أكسيد الكربون، ما يجعلها مفيدة في تخزين وفصل الغازات ويمكن الاستفادة منها في مختلف الأجهزة وتطبيقات الطاقة بفضل قدرتها على امتصاص الضوء المرئي. إضافًة لذلك، استخدم الباحثون تفاعلًا بسيطًا خاليًا من المذيبات ويعتمد على المزج بين المكونات الميكانيكية لتصنيع مادة الهياكل العضوية المعدنية بهدف الحد من الحاجة إلى أحجام كبيرة من المذيبات، وبالتالي الحصول على إنتاج مخفض التكلفة وآمن على البيئة وهو تحول نموذجي في البحوث المتعلقة بالهياكل المعدنية العضوية. يقوم الفريق البحثي للدكتور دينيش حاليًا بتوسيع طرق إنتاج مواد الهياكل المعدنية العضوية بشكل فعال بسبب وجود بعض الصعوبات التي تعيق إنتاج هذه الأنواع من المواد على نطاق واسع.
وقال الدكتور دينيش: "يتمثل الهدف الأساسي من هذا البحث في تطوير هيكل معدني عضوي موصل يعالج التحديات الملحة لعدم الاستقرار الكيميائي في مواد مكثفات الطاقة الفائقة الموجودة حاليًا. وتسلط النتائج التي توصلنا إليها الضوء على الإمكانيات التي تتمتع بها الهياكل المعدنية العضوية كمادة موثوقة موصلة للكهرباء بشكل يمنح المكثفات الفائقة أداءً أفضل على المدى الطويل ويفتح الباب أمام تطوير أنظمة أكثر فعالية لتخزين الطاقة.
الجدير بالذكر أن الدكتور دينيش يمتلك ست براءات اختراع مسجلة باسمه وكتب 53 ورقة بحثية نُشِرَت في مجلات علمية مرموقة وأكثر من 30 ورقة بحثية عُرضت في مؤتمرات.
ترجمة: سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب