افزایش 3000 درصدی ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی با الکترود جدید پایه گرافینی

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceAlert، این فناوری قابل انعطاف است و می‌تواند به صورت مستقیم به سلول‌های خورشیدی متصل شود و این یعنی یک قدم به رویای گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌هایی که از طریق خورشید شارژ می‌شوند و هرگز باتری خالی نمی‌کنند، نزدیک‌تر شدیم.

یکی از مشکلات عمده استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان منبع قابل اعتماد انرژی، پیدا کردن روشی موثر برای ذخیره‌سازی آن برای استفاده‌های بعدی، بدون هیچ نشتی در طول زمان نگهداری است.

برای این منظور، مهندسان به ابرخازن‌ها، نوعی تکنولوژی که می‌تواند به سرعت شارژ شود و انرژی را در پالس‌های بزرگ آزاد کند، روی آورده‌اند؛ اما در حال حاضر، ابرخازن‌ها قادر به ذخیره‌سازی انرژی کافی نیستند تا به عنوان باتری‌های خورشیدی به کار گرفته شوند.

بنابراین یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ملبورن تصمیم به بررسی این موضوع گرفتند که چگونه موجودات زنده انرژی بسیار زیادی را در فضای بسیار کوچک ذخیره‌سازی کنند. خیلی زود توجه پژوهشگران به برگ‌های مبتنی بر فراکتال یک گیاه رایج در آمریکای شمالی به نام «western swordfern» جلب شد.

مین گو، مهندس نانو، در این باره می‌گوید: «برگ‌های این گیاه به طور انبوهی پوشیده از رگه است که این امر در ذخیره‌سازی انرژی بسیار کارآمد است و انتقال آب به ساختار کلی گیاه را آسان‌تر می‌کند. الکترودهای ما مبتنی بر این اشکال فراکتال، مانند ساختارهای کوچک داخل دانه برف است و ما از این طراحی کارآمد طبیعت استفاده کردیم تا ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی در سطح نانو را بهبود ببخشیم».

در عکس زیر، سطح یکی از برگ‌های این گیاه 400 برابر بزرگ‌نمایی شده است. می‌توانید به وضوح الگوی همانندسازی که دانشمندان در طراحی خود استفاده کرده‌اند را ببینید:

برای ساخت یک الکترود بسیار رسانا، دانشمندان از لیزر برای دستکاری گرافن، نانومواد چندکاره با ضخامت یک اتم کربن، استفاده کردند که می‌تواند با سرعت چشمگیری برق تولید کند. پژوهشگران با استفاده از یک طراحی مبتنی بر فراکتال در الکترود گرافینی و ترکیب آن با ابرخازن‌های موجود موفق شدند ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی 30 برابر افزایش دهند.

این امر بدین معناست که اگر الکترودهای جدید با موفقیت کار کنند، می‌توانیم شاهد ظهور سلول‌های خورشیدی متصل به ابرخازن‌هایی فوق‌هادی باشیم که توان ذخیره‌سازی آنها 3000 درصد بیشتر از مقداری است که درحال حاضر ذخیره می‌شود.

گو در ادامه افزود: «ابرخازن‌هایی که افزایش ظرفیت داشته‌اند می‌توانند منبع قابل اعتماد انرژی در طولانی مدت باشند و هم قادر به آزادسازی انرژی در پالس‌های سریع هستند».

گو بر این باور است که این ابرخازن‌های نوین جایگزین ایده‌آلی برای ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی هستند چراکه کاربر حتی در یک روز ابری هم می‌تواند مقدار مناسبی انرژی ذخیره کند. تاکنون، این گروه از الکترودها تنها مفهوم روش جدید مبتنی بر فراکتال را اثبات کرده‌اند اما محققان در حال برنامه‌ریزی‌ برای استفاده از این تکنولوژی جدید در زمینه‌های دیگر هستند تا کاربردهای گسترده این وسیله را نشان بدهند.

لیتی تکه‌کارا، سرپرست این پژوهش، می‌گوید: «یکی از هیجان‌انگیزترین کاربردهای استفاده از این الکترود به همراه یک سلول‌ خورشیدی برای ارائه یک تراشه کلی است که شامل برداشت و ذخیره‌سازی انرژی می‌شود».

درحالی که امکان اجرا کردن این فرآیند با سلول‌های خورشیدی که روی سقف خانه‌ها استفاده می‌شود، وجود دارد اما تکه‌کارا بر این باور است که ادغام الکترود جدید آنها با سلول‌های خورشیدی نازک فیلم می‌تواند بسیار مفید واقع شود؛ بدین ترتیب می‌توان از نسل بعدی فتوولتائیک‌های منعطف در همه جا استفاده کرد. فتوولتائیک یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی هستند. در این روش با به کارگیری سلول‌های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود.

مترجم: هانا حیدری