חוקרי CU Boulder עשו פריצת דרך בהבנת תנועת יונים בחומרים נקבוביים, מה שעשוי לאפשר טעינה מהירה יותר של קבלי-על והפיכת אחסון אנרגיה עבור אלקטרוניקה ורשתות חשמל. קרדיט: twoday.co.il.com
מדעני CU Boulder מצאו כיצד יונים נעים בנקבוביות זעירות, מה שעשוי לשפר את אחסון האנרגיה במכשירים כמו קבלי-על. המחקר שלהם מעדכן את חוק קירכהוף, עם השלכות משמעותיות על אחסון אנרגיה בכלי רכב ורשתות חשמל.
תארו לעצמכם אם ניתן היה להטעין את המחשב הנייד או הטלפון המתים שלכם תוך דקה, או שמכונית חשמלית יכולה להיות מופעלת במלואה תוך 10 דקות בלבד. למרות שזה עדיין לא אפשרי, מחקר חדש של צוות מדענים ב-CU Boulder עשוי להפוך את ההתקדמות הללו למציאות.
פורסם ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, חוקרים במעבדה של אנקור גופטה גילו כיצד חלקיקים טעונים זעירים, הנקראים יונים, נעים בתוך רשת מורכבת של נקבוביות זעירות. פריצת הדרך עלולה להוביל לפיתוח של התקני אחסון אנרגיה יעילים יותר, כגון קבלי-על, אמר גופטה, עוזר פרופסור להנדסה כימית וביולוגית.
יישום טכניקות הנדסה כימית
"בהתחשב בתפקיד הקריטי של האנרגיה בעתיד של כדור הארץ, הרגשתי השראה ליישם את הידע שלי בהנדסה כימית לקידום התקני אחסון אנרגיה", אמר גופטה. "זה הרגיש כאילו הנושא לא נחקר מעט וככזה, ההזדמנות המושלמת."
גופטה הסביר כי נעשה שימוש במספר טכניקות הנדסה כימית לחקר זרימה בחומרים נקבוביים כגון מאגרי נפט וסינון מים, אך הן לא נוצלו במלואן בחלק ממערכות אגירת האנרגיה.
התגלית משמעותית לא רק לאגירת אנרגיה בכלי רכב ובמכשירים אלקטרוניים אלא גם לרשתות חשמל, שבהן הביקוש לאנרגיה משתנה מצריך אחסון יעיל כדי למנוע בזבוז בתקופות של ביקוש נמוך ולהבטיח אספקה מהירה בזמן ביקוש גבוה.
היתרונות של קבלי-על
קבלי-על, התקני אחסון אנרגיה המסתמכים על הצטברות יונים בנקבוביותיהם, בעלי זמני טעינה מהירים ואורך חיים ארוך יותר בהשוואה לסוללות.
"המשיכה העיקרית של קבלי-על טמונה במהירות שלהם", אמר גופטה. "אז איך נוכל להפוך את הטעינה ושחרור האנרגיה שלהם למהירים יותר? על ידי תנועה יעילה יותר של יונים."
הממצאים שלהם משנים את חוק קירכהוף, ששולט בזרימת הזרם במעגלים חשמליים מאז 1845 ומהווה מרכיב עיקרי בשיעורי המדעים של תלמידי תיכון. בניגוד לאלקטרונים, יונים נעים גם בגלל שדות חשמליים וגם בגלל דיפוזיה, והחוקרים קבעו שהתנועות שלהם בצומת נקבוביות שונות ממה שתואר בחוק קירכהוף.
לפני המחקר, תנועות יונים תוארו בספרות רק בנקבובית אחת ישרה. באמצעות מחקר זה, ניתן לדמות ולחזות תנועת יונים ברשת מורכבת של אלפי נקבוביות המחוברות ביניהן תוך דקות ספורות.
"זו קפיצת המדרגה של העבודה," אמר גופטה. "מצאנו את החוליה החסרה."
