يتم شحن المكثفات الفائقة مثل البطارية ولكنها تطلق طاقتها بسرعة أكبر - ويمكن الآن تصنيع بعض مكوناتها من الزجاجات البلاستيكية القديمة
نحن نتخلص من مليارات الزجاجات البلاستيكية كل عام، ولكن يمكن تحويلها إلى مكونات إلكترونية مفيدة بدلاً من ذلك
Credit : Shutterstock/photka
يمكن إعادة تدوير الزجاجات البلاستيكية إلى أجزاء للمكثفات الفائقة، التي تخزن الطاقة مثل البطاريات ولكنها تطلقها بشكل أسرع بكثير.
ينتشر التلوث البلاستيكي في بيئتنا، بدءًا من القمامة في الحدائق إلى بقع القمامة في المحيطات. تعتبر زجاجات المشروبات التي تستخدم لمرة واحدة جزءًا مهمًا من المشكلة. ووفقا لبعض المصادر، يتم إرسال 38 مليار زجاجة إلى مكب النفايات كل عام في الولايات المتحدة وحدها. أراد شينجنيان وانج - من جامعة لويزيانا للتكنولوجيا - وزملاؤه تحويل بعضها إلى أجهزة لتخزين الطاقة تسمى المكثفات الفائقة بدلاً من ذلك.
يمكن شحن المكثف الفائق مثل البطارية ولكنه يطلق الطاقة – أو يفرغ – بسرعة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يعمل بشكل جيد للعديد من دورات الشحن والتفريغ أكثر من البطاريات .
طور الباحثون إجراءً كيميائيًا يعيد ترتيب ذرات الكربون في بلاستيك البولي إيثيلين تيريفثاليت الشفاف المستخدم في الزجاجات إلى مكون مكثف فائق.
أولاً، قاموا بتقطيع الزجاجات البلاستيكية إلى قطع وتفاعلها مع الماء وحمض النيتريك والإيثانول عند درجة حرارة وضغط مرتفعين لمدة 8 ساعات. ثم وضعوا الخليط الناتج في جهاز طرد مركزي يقوم بتدوير المحلول بسرعة عالية، قبل تجفيفه أخيرًا في الفرن . وقد ترك لهم ذلك صفائح رقيقة من الكربون مرقطة بالعديد من جزيئات الكربون النانوية، التي يبلغ قطر كل منها أقل من 2 نانومتر. إن صغر حجمها يمنح جسيمات الكربون النانوية خصائص كهربائية غير عادية ويجعلها ما يسميه الفيزيائيون "النقاط الكمومية" الكربونية.
عندما يتعلق الأمر بصنع أجهزة تخزين الطاقة بمكونات الكربون، فإن كل شكل – الأوراق والنقاط – له عيوبه. لكن استخدام الاثنين معًا يجعل أجهزة التخزين أكثر فعالية، كما قال وانغ في عرض تقديمي في اجتماع الخريف للجمعية الكيميائية الأمريكية في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، الأسبوع الماضي.
قام هو وزملاؤه باختبار ما إذا كان هذا "الهيكل الكربوني للصفائح الكروية" يصنع قطبًا كهربائيًا يعمل بمكثف فائق. ووجدوا أن المكثف الفائق يتم شحنه وتفريغه كما هو متوقع، وبعد الشحن، يمكنه تشغيل ضوء LED أحمر صغير. بالإضافة إلى ذلك، فإن شحنه وتفريغه 12 ألف مرة أدى إلى انخفاض قدرته على تخزين الطاقة بنسبة 2 في المائة فقط .
وفي تجارب أخرى، قام الباحثون ببناء هياكل كربونية من صفائح كروية باستخدام بلاستيك أكثر نقاء وأقل معالجة، ولكن عند استخدامها في المكثفات الفائقة، كان لهذه المكونات مستوى أداء مماثل لتلك المصنوعة من زجاجات المشروبات القديمة. وعلى هذا النحو، قال وانغ إن طريقتهم قد توفر طريقة لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية مباشرة، دون خطوات معالجة وسيطة.
ومع ذلك، يشير شياو جون رين من جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا، والذي لم يشارك في البحث، إلى أن المكثفات الفائقة المصنوعة باستخدام البلاستيك المعاد تدويره لا تطلق دائمًا كل الطاقة التي اكتسبتها أثناء الشحن. ويقول إن هذا يعني أنه لا يزال هناك مجال لمزيد من تحسين أداء المكثفات الفائقة.
المصدر: