استخدام غرافين مُثَقَّب في البطاريات يحسن قدرتها ويختصر وقت الشحن

أظهرت دراسة أمريكية أن استخدام الغرافين المثقب في تطوير بطاريات جديدة يحسن قدرتها التخزينية ويختصر وقت الشحن، حيث يتم عمل ثقوب في البنية الكربونية للغرافين ذات السمك الذي لا يتجاوز ذرة كربون واحدة.

ويجري الباحثون بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس اختبارات منذ فترة على أقطاب كهربية ذات مسام دقيقة لا تتجاوز بضعة نانومترات (النانو يساوي واحد على مليون من المليمتر). وتتميز هذه الهياكل بأنها ذات مساحة كبيرة جدا مقارنة بحجمها.

وتستطيع الإلكترونات والأيونات أن ترسو فوق أسطح جدران المسام "ولكن هذه المواد تقتصر في العادة على خلايا مختبرية ذات أقطاب كهربية متناهية الرقة، وحيز كتلة ضئيل جداً (أقل من واحد مليغرام في كل واحد سنتمتر مربع)، حسبما أوضح هوي مينج شينج و فينج لي من الأكاديمية الصينية للعلوم في مدينة شِنيانج الصينية في تعليق في مجلة ساينس على الدراسة.

وقال الباحثون إن التقنية الجديدة تتجاوز هذا التحديد وذلك من خلال توفير طرق مختصرة للجزيئات المشحونة كهربيا، أي مسام دقيقة. استخدم سان وزملاؤه رقائق دقيقة من أكسيد الغرافين بطريقتين، حيث ربطوا في معظمها مركب Niob(V)-oxid كمادة كهروكيميائية نشطة، وحفروا ثقوبا بطريقة الكي الكيميائي في صفائح أخرى باستخدام حمض بيروكسيد الهيدروجين وتركوا هذا الحمام الحارق يستمر نصف ساعة أو ساعة أو ساعتين وحققوا أفضل نتيجة مع أطول مدة لأن طول المدة جعل الثقوب في أكسيد الجرافين كبيرة بما يكفي دون أن يجعل المادة غير متينة.

ثم ركّب الباحثون صفائح أوكسيد الجرافين مع مركب Niob(V)-oxid وبعدها ركبوا الصفائح الأخرى ذات الثقوب.

نشأ عن ذلك أقطاب كهربائية تشغل حيز كتلة وصل 11 مليغراماً أو أكثر لكل واحد سنتمتر مربع، وهو ما حسن أيضا نسبة الكتلة للمادة النشطة كهروكيميائياً بالنسبة للمادة غير النشطة مثل جهاز نقل الكهرباء أو الفاصل.

ولخص الباحثون نتائج أبحاثهم بالقول "توفر شبكة الجرافين شديدة التشعب في بنيتها ثلاثية الأبعاد صفات نقل إلكترونات ممتازة وتسهل بنيته المسامية الهرمية النقل السريع للأيونات".

ورأى شينج ولي في تعليقهما الذي نشرته مجلة ساينس "إنها تركيبة غير مسبوقة من قدرة سطح عالية و كثافة للتيار الكهربائي مع حيز كتلة عملي تمثل خطوة حاسمة نحو استخدام أقطاب كهربية من مواد فائقة الأداء في صناعة خلايا بطاريات بشكل تجاري".