فريق بحثى مصرى-ماليزيى ينشر دراسة عن تخزين الطاقة وتوليدها من «الجرافين»

نشر فريق بحثي متخصص في مجال علوم المواد المتقدمة والنانوتكنولوجي والطاقة يضم كلا ً من د. جمعه سند بكلية العلوم جامعة الأزهر بمصر و باحثين بجامعة ماليزيا باهنج بحثا فى مجلة متخصصة ورائدة فى علوم المواد والطاقة (مجلة الهندسة الكيميائية Chemical Engineering Journal) والتى تصنف من الفئة الأولى ولها معامل تأثير = 13.273 وسايت سكور 17.2 والتى تنشر بدار نشر السيفير الشهيرة
ويتناول تحضير مادة نانوية جديدة مكونة من الجرافين واكسيد التانجستون. الجرافين هو مادة كربونية عبارة عن شرائح من ذرات الكربون الفردية والتى حصل مكتشفها العالم أندريه جيم على جائزة نوبل عام 2010. مادة الجرافين ساهمت فى نقلة كبيرة فى علوم المواد لما لها من خواص فريدة.
ويقول د.جمعة سند "لبوابة اخبار اليوم" ان الجرافين أرفع مادة معروفة على الإطلاق حتى الآن، يعادل سمكها ذرة كربون واحدة فقط، ورغم ذلك تعتبر إحدى أقوى (أمتن) المواد المعروفة. تعتبر من موصلات الكهرباء وكفائتها ذات كفاءة النحاس، وهي أفضل موصل للحرارة على الإطلاق، وتكاد مادة الجرافين تكون شفافة تمامًا، ورغم ذلك فهي أيضًا كثيفة للغاية لدرجة عدم سماحها بعبور أصغر ذرة (الهيليوم) من خلال هيكلها السداسي.
باتت حاجة البشرية ملحة فى الحصول على أنظمة توليد وتخزين للطاقة. تأتى المكثفات فائقة السعة على صدارة أنظمة التخزين الكهربية. نظرا للتزايد السكانى العالمى المطرد والاعتماد المباشر والضرورى على الأجهزة الكهربية فإن تطوير أنظمة فعالة لتخزين الطاقة أصبح بالغ الأهمية في تلبية متطلبات البشرية. تعد البطاريات من أشهر أنظمة تخزين الطاقة لكنتدريجياً ستقارب على التلاشى نتيجة ضعف الثباتية (بضعة آلاف من المرات) وطول مدة الشحن (عشرات الدقائق). من ناحية أخرى، المكثفات الفائقة لها ثباتية عالية وتتميز بقابليتها على الشحن السريع (بضع ثوانى). في الوقت الحاضر تركزت البحوث على إنتاج أقطاب مناسبة من المواد النانوية المتقدمة التي لها خواص تركيبية وسطحية جيدة وبالتالي ينعكس على سلوكها الكهربى.
المكثفات فائقة السعة هى الحل الامثل لمشكلات تخزين الطاقة. تم بنجاح تحضير مواد نانومترية من الجرافين واكسيد التانجستون وتم دراسة واثبات التركيب الجديد بعدة طرق معملية. كما تم تصنيع المكثف الفائق واختباره معمليا والذى اظهر سلوكاً متميزاً فى تخزين الطاقة الكهربية. حيث قدرت القدرة التخزينية للمكثف ب 365.5 فاراد لكل جم وكانت ثباتية المكثف اكثر من 97% بعد الاستخدام اكثر من 12000 مرة. أى ان هذا المكثف يمكن استخدامه 12 الف مرة (12 الف يوم اى 32 عام) ويظل محتفظا بقدرته التخزينية بنسة 97% بخلاف البطاريات العادية التى فى الهاتف المحمول فانها بعد مجرد بعد عامين او ثلاثة تبدا فى الضعف وعدم المقدرة على الشحن الجيد ونلجا لتغييرها.
توصى الدراسة بامكاينة استخدام هذه المادة النانومترية من الجرافين واكسيد التانجستون فى صناعة المكثفات الفائقة والتى لها العديد من الاستخدامات فى جميع الاجهزة الكهربية بدءا من التلفون المحمول ولعب الاطفال وحتى السيارات والطائرات. وطبيا تستخدم فى تنظيم ضربات القلب لانها تصنع فى شكل صغير جدا ويجب ان تكون المواد قابلة للتحلل فعندها تستخدم فى تنظيم ضربات القلب وهذا الذى أهل اعمال د جمعه للفوز بجائزة التواس العالمية لعام 2018.
تركزت أبحاث د. جمعه حول تحضير مواد نانوية متقدمة وتطبيقها في تقنية تخزين الطاقة (المكثفات فائقة السعة). تشمل هذه المواد الجرافين – أكسيد الكوبالت – أكسيد المنجنيز- الكربون النانوى. تركزت طرق التحضير على تقنية إعادة التدوير حيث تم استخدام مخلفات زراعية وصناعية في تحضير المواد. مما يعد اسهاما مباشرا في التخلص والحد من الملوثات البيئية. أستخدمت المواد المحضرة في كمكثفات فائقة السعة. فمثلا تم فى البحث المقدم تحضير أكسيد المنجنيز النانوى بتقنية اعادة تدوير البطاريات التالفة. وتم تطبيقه كاقطاب في صناعة مكثفات فائقة السعة غير متماثلة. واظهرت المكثفات المحضرة سلوكا ممتازا وقدرة عالية على تخزين الطاقة. المكثفات اجهزة تخزين للطاقة افضل من البطاريات حيث تخزن كمية اكبر وفى وقت اقل وتعيش مدى الحياة. كل البشر مستفيد من فكرة البحث اما بتوفير بطارية افضل لتلفونه او حاسوبه او ساعته او تنقية البيئة من الملوثات السامة. السوق فى أمس الحاجة لانظمة تخزين مبتكرة وحديثة بدلا من البطاريات التقليدية قصيرة العمر والملوثة للبيئية. التطبيق سهل جدا والمواد الخام بلا ثمن فقط تجمع من وحدات تجميع النفايات.
جدير بالذكر ان دكتور جمعه الذى قام بنشر ما يزيد عن 108 بحث علمى فى مجلات عالمية متخصص فى مجال المكثفات فائقة السعة حيث تبعا لموقع سكوبس الشهير تم نشر 386 بحث علمى لباحثين مصريين فى هذا المجال. نصيب دكتور جمعة من هذه البحوث هو 28 مما يجعله يحتل المرتبة الثانية بين كل الباحثين المصريين الذين لهم بحوث فى هذا المجال.
لذا حصل د جمعه على العديد من الجوائز العالمية مثل افضل العلماء العرب الشباب من هيئة التواس لعام 2018 وجائزة التكنولوجيا الخضراء ماليزيا 2015 وغيرها فى معارض علمية فى روسيا وبريطانيا.
دكتور جمعة سند قسم الكيمياءكلية العلوم جامعة الأزهر بأسيوط ويعمل أستاذ مشارك بكلية العلوم جامعة الأزهر فرع أسيوط بمصر. حصل على الماجستير فى الكيمياء الفيزيائية (مواد نانومترية) من جامعة الأزهر 2012. حصل على الدكتوراة فى المواد المتقدمة لتطبيقات تخزين الطاقة من جامعة ماليزيا باهانج 2015. دكتور جمعه قام بنشر 105 بحث فى مجلات علمية دولية. كما شارك فى تأليف 14 كتاب علمي متخصص. حصل على جائزة افضل العلماء الشباب لعام 2018. بلغت الاستشهادات المرجعية لأعمال د جمعه الى 2799 استشهاد وبلغ معامل هيرش 30. حصل د. جمعه جائزة أفضل العلماء العرب الشباب 2018 من هيئة التواس العاليمة وجائزة عبادة الدولية 2021 من الأكاديمية الأفريقية للعلوم كما حصل على 13 ميدالية ذهبية وفضية فى معارض علمية دولية فى ماليزيا وروسيا وبريطانيا. حاضر د جمعه فى أكثر من 30 مؤتمر عالمي فى مصر وماليزيا واليابان. د جمعه يعمل كرئيس تحرير مجلة علمية وعضو هيئة تحرير عدة مجلات دولية ومراجع فى كبرى مجلات السيفير وغيرها من دور النشر العالمية ترتكز اهتمامات دكتور جمعه البحثية على المواد النانوميترية للتطبيقات التكونولوجية الحديثة: تطبيقات الطاقة فى المكثفات فائقة السعة و معالجة المياه و مجسات الرطوبة وغيرها.
أقرأ أيضا : أستاذ فيزياء حيوية: اختبار التنبؤ بوفيات كورونا ستساهم في تغيير بروتوكولات العلاج