عالم مصري يبتكر بطاريات و«مكثفات خارقة» من الغرافين

ابتكر عالم مصري طريقة جديدة لصنع «مكثفات خارقة» (Super capacitors) وبطاريات يمكن شحنها في ثوانٍ وتدوم فترات طويلة، وذلك أثناء عمله على ابتكار طريقة عملية لاستخلاص مادة الغرافين أثناء دراسته بجامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس الأميركية.
ويعد الغرافين مركباً يتم استخلاصه بفصل صفائح الغرافيت، وهو مادة مرنة وعالية الكثافة تتألف من شبكة من ذرات الكربون ثنائية الأبعاد، ومن أبرز مزايا هذه المادة السرعة غير الاعتيادية للإلكترونات التي تسير خلالها.
وأوضح الباحث بجامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس، عضو هيئة التدريس بجامعة القاهرة، الدكتور ماهر القاضي، أنه أثناء تطوير طريقة لاستخلاص الغرافين بطريقة عملية من الغرافيت اكتشف عدداً من خواصها التي يمكن استخدامها في صنع مكثفات وبطاريات خارقة.
وأضاف القاضي أن «المكثفات الخارقة التي يتم صنعها من مادة الغرافين قادرة على تخزين الطاقة بصورة مضاعفة عن المكثفات الخارقة الحالية».
وأشار إلى أن «المكثفات الخارقة يتم استخدامها بصورة كبيرة عالمياً لتخزين الطاقة، إذ تستعمل لحفظ الطاقة المولدة من الألواح الشمسية، كما تستخدمها دول مثل هولندا والصين في تطبيقات عملية».
وتستخدم هولندا المكثفات الخارقة مع الأبواب الدوارة، إذ يتم وضع الأبواب الدوارة في محطات القطارات لتولد طاقة مع كل عملية استخدام لها، ويتم تزويدها بالمكثفات الخارقة لحفظ الطاقة المولدة لحين استخدامها، وفي المقابل ظهرت في الصين عربات للنقل العام يتم شحنها كهربائياً، ويتم حفظ الطاقة عبر المكثفات الخارقة لحين شحنها مجدداً.
وتابع القاضي: «تتميز المكثفات الخارقة المصنوعة من الغرافين بأن عملية شحنها تستغرق ثانية واحدة تقريباً، إذ تتميز بوقت استجابة يبلغ 30 مللي ثانية، فيما تستغرق عملية شحن المكثفات الخارقة الحالية نحو 90 ثانية، كما أن حجم المكثفات التي يتم صنعها من تلك المادة يبلغ ما بين سبعة وثمانية ميكرونات أي أقل من سُمك شعرة رأس الإنسان، الذي يبلغ 50 ميكروناً».
وأكد العالم المصري أنه يمكن استخدام الغرافين في صنع بطاريات مناسبة للعمل مع الهواتف والحواسب اللوحية والمحمولة، موضحاً أنه «لا يستغرق شحن بطاريات الغرافين سوى ثوان عدة، بمتوسط 30 ثانية، وقد تصمد عملية الشحن الواحدة لأيام عدة في الحواسب المحمولة، ولأسابيع في الهواتف والحواسب اللوحية».
واستطرد: «البطاريات التي يتم صنعها من الغرافين تتميز بمرونتها وقابليتها للطي، كما أن الغرافين من المواد غير السامة وغير الضارة بالبيئة». وكان القاضي أجرى أول تجربة ناجحة للدلالة على إمكانية استخدام الغرافين في صنع البطاريات والمكثفات الخارقة، بشحن قطعة من المادة لمدة ثلاث ثوانٍ، واستخدامها لإضاءة مصباح كهربائي صغير، واستمر المصباح في الإضاءة لمدة خمس دقائق.
وكشف القاضي أن خروج منتج تجاري قائم على اكتشافه من المتوقع أن يحدث خلال السنوات القليلة المقبلة، إذ تم الاتفاق مع شركة «ماكسويل تكنولوجيز» على ذلك.