بينما يبحث العالم عن بديل للوقود الأحفوري من خلال الانتقال إلى الطاقة المتجددة ، تزداد أهمية الحاجة إلى طرق جديدة لالتقاط وتخزين الطاقة. أعلن الباحثون مؤخرًا عن اكتشاف خصائص مادة بلورية تسمح لها بالتقاط الطاقة الشمسية وتخزينها لعدة أشهر في درجة حرارة الغرفة ، ثم إطلاقها عند الحاجة على شكل حرارة.
وهذه المادة ، وفقًا لباحثين من جامعة لانكستر في المملكة المتحدة ، يمكن أن توفر مجموعة واسعة من التطبيقات في المستقبل مثل التقاط الطاقة الشمسية في أشهر الصيف ، وتخزينها للاستخدام في الشتاء. نشر الباحثون نتائج أبحاثهم حول هذه المادة في مجلة كيمياء المواد.
ما هذا المقال؟
وبحسب البيان الصادر عن الجامعة ونُشر على موقعه على الإنترنت في 3 ديسمبر ، هذه المادة تتكون من إحدى “الهياكل المعدنية العضوية” (MOF) ، والتي تتكون من شبكة من الأيونات المعدنية مرتبطة بجزيئات الكربون لتكوين هياكل ثلاثية الأبعاد. تم تطويره سابقًا من قبل باحثين من جامعة كيوتو في اليابان ، وأطلقوا عليه DMOF1.
ومن الخصائص الرئيسية لهذه المادة أنها مسامية ؛ مما يعني أنه يمكنهم إنشاء مواد معقدة من خلال استضافة جزيئات صغيرة أخرى داخل هياكلهم. لذلك دارت الدراسة حول ما إذا كان يمكن استخدام هذا المركب لتخزين الطاقة ، وهو ما لم تتم مناقشته من قبل.
لقد ملأوا مسام الهيكل العضوي المعدني بجزيئات “Azobenzene” ، وهو مركب شديد الامتصاص للضوء يعمل “كآلة جزيئية” ، والتي يمكن أن تغير شكلها عند تطبيق محفز خارجي ، مثل الضوء أو الحرارة.
الهياكل المعدنية العضوية التي يمكن ملء مسامها بمركبات تخزين الطاقة طويلة المدى (ويكيميديا)كيف تخزن الطاقة؟
خلال تجاربهم ، عرّض الباحثون المادة للأشعة فوق البنفسجية. تسبب هذا في تغيير جزيئات الأيزوبنزين المستقرة إلى شكل شد داخل مسام “الهيكل العظمي المعدني العضوي”. تسمح هذه العملية بتخزين الطاقة بطريقة مشابهة للطاقة الكامنة لنابض مضغوط ، لفترات طويلة من الزمن وفي درجة حرارة الغرفة.
تطلق المادة الطاقة مرة أخرى عند تسخينها بواسطة مصدر خارجي يستخدم كمحفز “لاستبدال” حالته ، ويمكن أن يكون هذا الإطلاق سريعًا جدًا ، مشابهًا إلى حد ما لعودة الزنبرك إلى حالته بعد ضغط الهواء ، ويمكن باستخدام الحرارة الناتجة تسخين مواد أخرى أو توفير أجهزة طاقة
أظهرت الاختبارات أن المادة كانت قادرة على تخزين الطاقة لمدة 4 أشهر على الأقل ، وهي فترة طويلة جدًا مقارنة بتلك التي تأخذ المواد التي جربوها في الماضي ، ولا يتجاوز وقت تخزين الطاقة فيها عدة أيام. تفتح المدة الطويلة للطاقة المخزنة إمكانيات التخزين الموسمي.
يحسن استخدام المواد الجديدة من استخدام الطاقات المتجددة في المستقبل (Picist)تطبيقات واعدة
يمكن ، حسب المؤلفين الدراسةاستخدم هذه المادة في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل أنظمة التدفئة خارج الشبكة أو عن بعد ، أو كإضافة صديقة للبيئة للتدفئة التقليدية في المنازل والمكاتب. يمكن أيضًا إنتاجه كطلاء رقيق لأسطح المباني ، أو استخدامه على الزجاج الأمامي للسيارة حيث يمكن استخدام الحرارة المخزنة لإذابة النوافذ في صباح شتوي شديد البرودة.
تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى للمواد البلورية ، والتي تحتوي على جزيئات التبديل الضوئية ، تخزين البيانات باستخدام ترتيب محدد جيدًا للمفاتيح الضوئية في البنية البلورية ، والتي يمكن استبدالها واحدة تلو الأخرى باستخدام مصدر ضوء دقيق ، وبالتالي تخزين البيانات كما هي مخزنة على قرص مضغوط. (DVD) ، على المستوى الجزيئي. يمكن استخدامه أيضًا لنقل الأدوية عن طريق قفل الأدوية داخل المادة باستخدام مفاتيح الإضاءة ، ثم إطلاقها عند الطلب داخل الجسم باستخدام محفز ضوئي أو حراري.
على الرغم من أن النتائج ضمنت قدرة هذه المادة على تخزين الطاقة لفترات طويلة من الزمن ؛ ومع ذلك ، كانت كثافة الطاقة المخزنة متواضعة. لذلك ، فإن الخطوات التالية التي سيتخذها الباحثون هي البحث عن هياكل عضوية معدنية أخرى ذات إمكانات تخزين أكبر للطاقة.
