به گزارش خبرنگار پایگاه خبری، یافتههای جدیدی که بهدست آمده، استفاده از آب خالص بهعنوان الکترولیت را به عنوان یک ویژگی غیرمعمول معرفی میکند؛ این الکترولیت همان محیطی است که بار الکتریکی را جابهجا میکند. در حال حاضر، باتریها و ابرخازنها معمولاً به نمکها، اسیدها یا دیگر الکترولیتهای شیمیایی متکی هستند. اما این سیستم جدید بدون نیاز به چنین افزودنیهایی عمل میکند و تنها بر پایه موادی طبیعی و فراوان شامل آب، خاک رس و کربن ساخته شده است.
به نقل از ناخریشتن، واسیلی آرتِموف، نویسنده اصلی این تحقیق، اظهار میدارد: هدف ما توسعه فناوریهای ذخیرهسازی انرژی ایمنتر و پایدارتر است که بهجای استفاده از ترکیبات شیمیایی پیچیده، بر مواد فراوان و در دسترس تکیه کنند. این دستگاه انرژی را با کارایی بالا ذخیره و آزاد میکند و برای یک سیستم مبتنی بر آب در ولتاژ نسبتاً بالایی عمل میکند و در طول دهها هزار چرخه شارژ پایدار میماند.
این دستگاه جدید به دستهای از فناوریهای ذخیره انرژی به نام ابرخازنها تعلق دارد. بر خلاف باتریها که انرژی را از طریق واکنشهای شیمیایی ذخیره میکنند، ابرخازنها انرژی را با جداسازی بارهای الکتریکی ذخیره میکنند. به همین دلیل، آنها میتوانند به سرعت شارژ و تخلیه شوند و معمولاً طول عمر بسیار بالایی دارند. پژوهشگران این سیستم را «خازن آبی» (Blue Capacitor) نامیدهاند.
راز این فناوری در کانالهایی نهفته است که عرض آنها تنها حدود یک نانومتر است؛ یعنی تقریباً ۱۰۰ هزار بار نازکتر از یک تار موی انسان. درون این فضاهای فوقالعاده کوچک، آب ویژگیهایی از خود نشان میدهد که در آب معمولی و حجیم مشاهده نمیشود و این امر امکان جابهجایی مؤثر بار الکتریکی را فراهم میکند. برای بهرهبرداری از این پدیده، پژوهشگران مواد معدنی رُسی را با گرافن که شکلی بسیار رسانا از کربن است، ترکیب کردند. این لایهها در کنار هم میلیونها کانال بسیار کوچک ایجاد میکنند که با آب پر میشوند.
آرتِموف میگوید: نتایج ما نشان میدهد که آب محبوسشده در مقیاس نانو میتواند بهعنوان الکترولیت فعال در یک دستگاه عملی ذخیرهسازی انرژی عمل کند. در آزمایشگاه، خازن آبی عملکرد پایداری را در بیش از ۶۰ هزار چرخه شارژ و تخلیه حفظ کرد. این دستگاه همچنین در ولتاژهایی تا ۱٫۶ ولت کار کرد که برای یک سیستم ذخیرهسازی انرژی مبتنی بر آب، مقدار نسبتاً بالایی به شمار میرود.
پژوهشگران این موضوع را نشانهای میدانند که میتوان از ویژگیهای منحصر به فرد آب محبوسشده در مقیاس نانو برای کاربردهای عملی بهرهبرداری کرد. کاربردهای بالقوه این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و پیش از دستیابی به کاربردهای تجاری، به تحقیقات بیشتری نیاز خواهد بود. با این حال، پژوهشگران معتقدند این مفهوم میتواند مسیر عملی و امیدوارکنندهای برای فناوریهای آینده ذخیرهسازی انرژی فراهم کند.
از جمله کاربردهای احتمالی این فناوری در آینده میتوان به ذخیره انرژی حاصل از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی، پشتیبانی از شبکههای برق و تأمین انرژی دستگاههایی اشاره کرد که به شارژ و تخلیه مکرر نیاز دارند. فراتر از ذخیرهسازی انرژی، این یافتهها میتوانند الهامبخش توسعه فناوریهای جدیدی باشند که از ویژگیهای غیرمعمول آب در مقیاس نانو بهره میبرند؛ از جمله حسگرهای پیشرفته، سامانههای الهامگرفته از زیستشناسی و رایانش نورومورفیک.
آرتِموف در پایان میگوید: پژوهش ما نشان میدهد که حتی مادهای آشنا مانند آب نیز میتواند در مقیاس نانو ویژگیهای غیرمنتظرهای از خود نشان دهد. با درک بهتر این ویژگیها، شاید بتوانیم کاربردهای فناورانه کاملاً جدیدی را توسعه دهیم.
