أول مفهوم عالمي للبطاريات القائمة على الأسمنت القابلة لإعادة الشحن
تخيل مبنى خرساني كامل مكون من عشرين طابقًا يمكنه الحفاظ على الكهرباء مثل بطارية عملاقة. بفضل بحث خاص من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا بالسويد ، يجب أن يكون هذا النوع من الرؤية حقيقة واقعة في يوم من الأيام. نشر باحثون من قسم الهندسة المعمارية والهندسة المدنية مؤخرًا مقالة افتتاحية تحدد مفهومًا جديدًا للبطاريات القابلة لإعادة الشحن - المصنوعة من الأسمنت.
تطرح الحاجة المتزايدة باستمرار لمواد البناء المستدامة مواقف متطلبة رائعة للباحثين. انضمت الدكتورة إيما تشانغ ، التي كانت تعمل سابقًا في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا بالسويد ، إلى منظمة أبحاث البروفيسور لوبينج تانغ لعدة سنوات في الماضي للبحث عن مواد بناء المصير. لقد نجحوا معًا الآن في تطوير فكرة عالمية أولى لبطارية أسمنتية بالكامل يمكن تحميلها.
يشتمل المفهوم أولاً على تركيبة أساسها الأسمنت ، مع كميات صغيرة من ألياف الكربون القصيرة التي يتم تسليمها لزيادة الموصلية وطول العمر الانثناء. بعد ذلك ، يتم دمج شبكة ألياف الكربون المطلية بالمعدن في الخليط - الحديد للقطب الموجب ، والنيكل للكاثود. بعد الكثير من التجارب ، هذا هو النموذج الأولي الذي قدمه الباحثون الآن.
"أكدت نتائج الدراسات السابقة التي بحثت في تقنية البطاريات الخرسانية الأداء المنخفض جدًا ، لذلك أدركنا أنه كان علينا أن نفترض الخروج من الحاوية ، لتزويدك بطريقة أخرى لتزويدك بالقطب الكهربي. هذا المفهوم المحدد الذي طورناه - وهو أيضًا قابل لإعادة الشحن - لم يتم استكشافها من قبل. الآن لدينا دليل على وجود فكرة على نطاق معمل ، "تشرح إيما زانج.
أنتج بحث Luping Tang و Emma Zhang بطارية أساسها الأسمنت قابلة للشحن مع متوسط كثافة كهرباء يبلغ سبعة واط وفقًا للمتر المربع (أو صفر 8 واط متناسبًا مع اللتر). تُستخدم كثافة الطاقة للتعبير عن إمكانات البطارية ، والتقدير المتواضع هو أن الأداء العام لبطارية تشالمرز الجديدة تمامًا قد يكون أكثر من عشر حالات من المحاولات المسبقة للبطاريات الخرسانية. لا تزال كثافة الطاقة منخفضة على عكس البطاريات التجارية ، ولكن هذا العائق سينتصر بفضل الكمية الهائلة التي يمكن تصنيع البطارية بها أثناء استخدامها في المباني.
مفتاح محتمل لحل مشاكل تخزين القوة
إن حقيقة أن البطارية قابلة لإعادة الشحن هي أكثر الأشياء إرضاءًا لها ، وإمكانيات الاستخدام إذا كانت الفكرة بالإضافة إلى ذلك متقدمة وتسويقها تكاد تكون مذهلة. تخزين الطاقة هو إمكانية واضحة ، والمراقبة هي كل شيء آخر. يرى الباحثون البرامج التي قد تتراوح بين تشغيل مصابيح LED ، أو توفير اتصالات 4G في المناطق النائية ، أو الحماية الكاثودية ضد التآكل في البنية التحتية الخرسانية.
"قد يقترن أيضًا بألواح الطاقة الشمسية المحمولة كمثال ، لتقديم القوة وينتهي الأمر بمصدر الطاقة لأنظمة التتبع في الطرق السريعة أو الجسور ، حيث يجب أن تكتشف المستشعرات من خلال بطارية خرسانية التصدع أو التآكل ،" تشير إيما تشانغ.
قد تكون فكرة استخدام الأنظمة والمباني بهذه الطريقة ثورية ، نظرًا لأنها ستوفر نهجًا فرصة لأزمة القوة ، من خلال نقل كمية كبيرة من تخزين الطاقة.
الخرسانة ، التي يتم تصنيعها عن طريق مزج الأسمنت بمكونات مختلفة ، هي الحد الأقصى لمواد البناء المستخدمة عادةً في العالم. من زاوية الاستدامة ، لا يزال الطريق طويلاً من الكمال ، إلا أن القدرة على تمييز الوظائف لها قد توفر قياسًا جديدًا. تصريحات إيما تشانغ:
"لدينا خيال وبصيرة مفادها أنه في المصير يمكن أن تسمح هذه الحقبة لأقسام كاملة من المنازل متعددة الطوابق المصنعة من الخرسانة الهادفة. وبالنظر إلى أن أي أرضية خرسانية يجب أن تحتوي على طبقة من هذا القطب ، فإننا نتحدث عن كميات كبيرة من ملموسة مفيدة ".
لا تزال هناك تحديات مع عوامل عمر الخدمة
يبقى المفهوم في مرحلة مبكرة تمامًا. يمكن أن تكون الأسئلة التقنية التي يتعين حلها في وقت أبكر من تسويق النهج حقيقة تشمل إطالة عمر خدمة البطارية وتحسين تقنيات إعادة التدوير. "نظرًا لأن البنية التحتية الخرسانية يتم إنشاؤها بشكل عام لتدوم خمسين أو حتى مائة عام ، فقد ترغب البطاريات في أن تكون حساسة لتلائم ذلك ، أو أن تكون أقل صعوبة في التبديل وإعادة التدوير أثناء انتهاء عمر الناقل. في الوقت الحالي ، يوفر هذا عنصرًا أساسيًا من وجهة نظر فنية "، تقول إيما زانج.
لكن يأمل الباحثون أن يكون لابتكارهم الكثير ليقدمه. "نحن راضون عن أن هذا المفهوم يقدم مساهمة لا تصدق في السماح لمواد بناء المصير بوظائف إضافية تشمل أصول الطاقة المتجددة ،" يختتم لوبينج تانج.
