شارژ وسایل الکترونیکی تنها در ۶۰ ثانیه!_بام وطن

در مطالعه‌ای که به تازگی انتشار شده است، مهندسان شیمی فهمیدن زیاد مهمی را در رابطه نحوه حرکت ذرات باردار به نام یون از طریق منافذ ریز درون یک ابرخازن که یک دستگاه ذخیره‌سازی انرژی با پتانسیل شارژ سریع تر نسبت به باتری‌های معمولی است، کشف کردند.

به نقل از اس‌اف، آنکور گوپتا(Ankur Gupta)، استادیار مهندسی شیمی و بیولوژیکی می‌گوید: جذابیت مهم ابرخازن‌ها در شدت آنها نهفته است. بعد چطور می‌توانیم شارژ و آزادسازی انرژی آنها را سریع تر کنیم؟ با حرکت کارآمدتر یون‌ها.

تیم گوپتا حرکت یون‌ها را از طریق شبکه پیچیده‌ای از منافذ ریز به هم مدام تجزیه و تحلیل کرد و نحوه جریان آنها را در عرض چند دقیقه در هزاران مسیر مدلسازی کرد. یافته‌های آنها یک قانون علمی را بهبود می‌بخشد که بیشتر از ۱۷۵ سال بر جریان‌های الکتریکی حاکم بوده است.

قانون مدار کیرشهوف که در کلاس‌های فیزیک دبیرستان تدریس می‌شود، جریان الکترون‌ها را در یک حلقه سیم کشی ساده توصیف می‌کند. با این حال، گوپتا دریافت که یون‌ها، که از نظر فیزیکی بزرگ‌تر از الکترون‌ها می باشند، در تقاطع حفره‌های کوچک در مقیاس نانو در قیاس با الکترون‌ها به روشی متفاوت حرکت می‌کنند.

محققان توضیح خواهند داد که برخلاف الکترون‌ها، یون‌ها هم به علت وجود میدان‌های الکتریکی و هم به علت وجود اتفاق انتشار کردن حرکت می‌کنند. آنها تشخیص دادند که این حرکت در تقاطع منافذ با آنچه قانون کیرشهوف توصیف می‌کند متفاوت است. در حالی که اصول کیرشهوف تا این مدت برای مدارهای الکترونیکی معمولی با جریان الکترونی معتبر است، مدل به روز شده گوپتا برای فهمیدن و بهینه‌سازی کارکرد ابرخازن‌ها و دیگر سیستم‌های ذخیره انرژی که با انتقال یون‌ها از طریق مواد متخلخل کار می‌کنند، حیاتی است.

محققان خاطرنشان می‌کنند که مطالعات قبلی فقط حرکات یونی را که از طریق یک منفذ مستقیم جریان می‌یابد، توصیف کرده‌اند. مطالعه تازه ثابت می‌کند که حرکت یون را می‌توان از طریق شبکه پیچیده‌ای از هزاران منافذ به هم مدام در عرض چند دقیقه پیش بینی کرد. همه اینها می‌تواند تبدیل پیشرفت‌های اساسی در طراحی شارژرها چه بزرگ و چه کوچک شود.

گوپتا می‌گوید: این یک قدم بزرگ است. ما حلقه گم شده را اشکار کردیم.

ذخیره انرژی کارآمدتر می‌تواند به شبکه‌های برق پشتیبانی کند تا نوسانات تقاضا را بهتر مدیریت کنند و به شدت ذخایر را در دوره‌های اوج مصرف به کار گیرند و از اتلاف در زمان مصرف کم جلوگیری کنند. این چنین می‌تواند وسایل نقلیه برقی را قادر سازد تا باتری‌های خود را تقریبا به همان سرعتی که برای بنزین زدن توقف می‌کنند، شارژ کنند و مانع مهم در تحول از سوخت‌های فسیلی به برق را از بین ببرند.