تصور کنید که لپ تاپ یا تلفن مرده شما می تواند در عرض یک دقیقه شارژ شود یا اینکه یک ماشین الکتریکی می تواند در عرض 10 دقیقه به طور کامل شارژ شود اگرچه هنوز امکان پذیر نیست، اما تحقیقات جدید توسط تیمی از دانشمندان CU Boulder می تواند به طور بالقوه منجر به چنین پیشرفت هایی شود.
محققان در آزمایشگاه آنکور گوپتا که امروز در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شد، کشف کردند که چگونه ذرات باردار ریز به نام یون ها در یک شبکه پیچیده از منافذ ریز حرکت می کنند. گوپتا، استادیار مهندسی شیمی و بیولوژیکی گفت: این پیشرفت می تواند منجر به توسعه دستگاه های ذخیره انرژی کارآمدتر، مانند ابرخازن ها شود.
گوپتا گفت: “با توجه به نقش حیاتی انرژی در آینده سیاره، من الهام گرفتم تا دانش مهندسی شیمی خود را در دستگاه های ذخیره انرژی پیشرفته به کار ببرم.” “به نظر می‌رسد که موضوع تا حدودی مورد بررسی قرار نگرفته است و به همین دلیل، فرصتی عالی است.”
گوپتا توضیح داد که چندین تکنیک مهندسی شیمی برای مطالعه جریان در مواد متخلخل مانند مخازن نفت و تصفیه آب استفاده می شود، اما در برخی از سیستم های ذخیره انرژی به طور کامل استفاده نشده است.
این کشف نه تنها برای ذخیره انرژی در وسایل نقلیه و دستگاه‌های الکترونیکی، بلکه برای شبکه‌های برق نیز مهم است، جایی که تقاضای نوسان انرژی به ذخیره‌سازی کارآمد برای جلوگیری از اتلاف در دوره‌های تقاضای کم و تضمین عرضه سریع در طول تقاضای بالا نیاز دارد.
ابرخازن‌ها، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی که به تجمع یون در منافذ خود متکی هستند، در مقایسه با باتری‌ها، زمان شارژ سریع و طول عمر بیشتری دارند.
گوپتا گفت: جذابیت اصلی ابرخازن ها در سرعت آنها نهفته است. “پس چگونه می توانیم شارژ و آزاد شدن انرژی آنها را سریعتر کنیم؟ با حرکت کارآمدتر یونها.”
یافته‌های آنها قانون کیرشهوف را اصلاح می‌کند که از سال 1845 بر جریان جریان در مدارهای الکتریکی نظارت می‌کند و جزء اصلی کلاس‌های علمی دانش‌آموزان دبیرستانی است. برخلاف الکترون‌ها، یونها هم به دلیل میدان‌های الکتریکی و هم به دلیل انتشار حرکت می‌کنند، و محققان تشخیص دادند که حرکات آنها در تقاطع منافذ با آنچه در قانون کیرشهوف توضیح داده شده است، متفاوت است.
قبل از مطالعه، حرکات یون فقط در یک منفذ مستقیم در ادبیات توضیح داده شده است. از طریق این تحقیق، حرکت یون در یک شبکه پیچیده از هزاران منافذ به هم پیوسته را می توان در چند دقیقه شبیه سازی و پیش بینی کرد.
گوپتا گفت: “این جهش کار است.” “ما حلقه گم شده را پیدا کردیم.”
.Materials provided by University of Colorado at Boulder. Original written by Susan Glairon. Note: Content may be edited for style and length
