توصلت مجموعة أبحاث المواد الصلبة إلى مكثف ليثيوم أيون باستخدام أقطاب كهربائية تم إنتاجها من جزيئات الخشب التي يتم التخلص منها كنفايات في مصانع الأخشاب. تتوفر هذه الكتلة الحيوية بسهولة بالغة في جميع أنحاء إقليم الباسك، وقد تم استخدام عمليات مستدامة وغير مكلفة لإنتاج الأقطاب الكهربائية.
تكشف النتائج أن المواد المشتقة من الكتلة الحيوية تتمتع بخصائص ممتازة للحصول على أنظمة صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة ومصممة لتخزين الطاقة العالية القدرة.
تم نشر البحث في مجلة مصادر الطاقة.
في السعي إلى إيجاد حلول للطاقة المستدامة قادرة على تلبية احتياجات المجتمع الحديث من الطاقة، تلعب أنظمة تخزين الطاقة دورًا مهمًا للغاية.
في الواقع، “في مجال الطاقات المتجددة، لا يمكننا التحكم في الرياح والحرارة والضوء وما إلى ذلك التي تقدمها لنا الطبيعة. وفي بعض الأحيان لا يتطابق الطلب على الطاقة مع العرض من الطاقة؛ لذا يجب تطوير الموارد لتخزين تلك الطاقة التي تنتجها الأنظمة المتجددة”، كما أوضح إيدر جويكوليا، الباحث في مجموعة أبحاث الحالة الصلبة والمواد.
يجري حاليًا تطوير المواد الخاصة بالجيل القادم من تقنيات تخزين الطاقة الكهروكيميائية من قبل أعضاء مجموعة البحث Goikolea و Idoia Ruiz de Larramendi (محاضرون في UPV / EHU).
“نقوم بتطوير مواد جديدة يمكن استخدامها لتخزين الطاقة. في هذه الحالة، لإنشاء أقطاب كهربائية، قمنا بإعداد الكربون من جزيئات الخشب من أشجار الصنوبر المنتشرة حولنا والتي تستخدم في ورش النجارة، في نهاية المطاف، لا يتم استخدام نشارة الخشب هذه لأي شيء وتحتوي على نسبة عالية جدًا من الكربون”، كما قال رويز دي لاراميندي.
نظام هجين
تُستخدم البطاريات والمكثفات الفائقة، من بين أمور أخرى، لتخزين الطاقة. وتستطيع المكثفات الفائقة تخزين طاقة أقل من البطاريات، لكنها قادرة على توفير كمية أكبر من الطاقة في لحظة معينة.
وأوضح جويكوليا: “المكثفات الفائقة ليست مناسبة لتزويد نظام بالطاقة لفترة طويلة؛ فعلى عكس البطاريات، تُستخدم إذا أردنا كمية كبيرة من الطاقة خلال فترة زمنية قصيرة”.
وقد تم تطوير جهاز هجين من الليثيوم أيون في هذا البحث. وقالت: “يوفر هذا الجهاز مزايا كلا النظامين: يمكن تخزين الطاقة العالية (كما هو الحال في البطاريات)، ويمكنه العمل بمستويات عالية من الطاقة وقادر على تحمل العديد من دورات الشحن والتفريغ (مثل المكثفات الفائقة)”.
لذا فإن قطبًا من نوع البطارية من نوع البطارية وقطب كهربائي من نوع المكثف الفائق داخل نفس الجهاز.
تم استخدام أنواع مختلفة من الكربون لإنتاج هذه الأقطاب الكهربائية، “الكربون هو مصطلح عام للغاية، ولكن هناك العديد من الأنواع المختلفة، ليست كل أنواع الكتلة الحيوية الكربون المناسب لهذا التطبيق، لكننا أظهرنا أنه يمكن الحصول على نتائج مرضية للغاية من الكتلة الحيوية لصنوبر إنسيجنيس”.
كان أحد الأقطاب الكهربائية مصنوعًا من الكربون الصلب وكان الآخر مصنوعًا من الكربون النشط النشط .
علاوة على ذلك، تم إعطاء أهمية كبيرة في البحث لاستخدام عمليات فعالة من حيث التكلفة ومستدامة لإنتاج الأقطاب الكهربائية: “كانت عملية إنتاج الأقطاب الكهربائية موفرة للطاقة، لم تتجاوز درجات حرارة التركيب 700 درجة مئوية”، وتم استخدام إضافات اقتصادية.
يوضح هذا العمل أنه تم الحصول على نتائج جيدة للغاية حتى باستخدام الكتلة الحيوية المحلية، وأوضح الباحثون في UPV/EHU: “إنها تشكل بديلاً مستدامًا وفعّالاً من حيث التكلفة لتحسين مكثفات أيونات الليثيوم التقليدية، توفر المواد المشتقة من الكتلة الحيوية فرصًا كبيرة لتطوير أنظمة تخزين طاقة عالية الطاقة صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة، ومن المهم تعزيز هذا الخط من البحث”.
