اختراق جديد في الجرافين يجعل المكثفات الفائقة تنافس البطاريات التقليدية

في إنجاز علمي جديد، أعلن باحثون من جامعة موناش في أستراليا عن تطوير مادة كربونية متقدمة تُمكّن المكثفات الفائقة — أو ما يُعرف بـ *supercapacitors* — من تخزين طاقة تعادل ما توفره البطاريات التقليدية، مع إمكانية الشحن خلال ثوانٍ معدودة فقط. هذا الاختراق يفتح الباب أمام ثورة في مجالات السيارات الكهربائية، وتخزين الطاقة على نطاق الشبكات، وحتى الأجهزة الذكية.

المكثفات الفائقة تختلف عن البطاريات في طريقة تخزينها للطاقة؛ فهي تعتمد على التفاعلات الكهروستاتيكية بدلاً من التفاعلات الكيميائية المعقدة. ولطالما كانت المشكلة الأساسية محدودة بسطح المادة الكربونية التي تُخزن عليها الشحنة. إلا أن فريق البروفيسور مايناك ماجومدار من مركز تصنيع المواد ثنائية الأبعاد ARC تمكن من “فتح” مساحة أكبر من سطح الغرافين من خلال تعديل طريقة معالجته حرارياً.
وهذا يربط بين فلسفة التصميم الجديدة وطموح العلماء لتجاوز حدود البطاريات في سرعة الشحن والكفاءة.

جوهر الإنجاز يتمثل في تصميم بنية جديدة تُسمّى “أكسيد الغرافين المختزل متعدد المقاييس”، وهي تُستخلص من الغرافيت الطبيعي المتوافر بكثرة في أستراليا. باستخدام معالجة حرارية سريعة، كوّن الباحثون طبقات غرافين منحنية تسمح للأيونات بالتحرك بحرية وسرعة داخل المادة، مما يُعطي كثافة طاقة عالية إلى جانب قدرة كهربائية فورية.
ومن هنا يتصل هذا التطوير المباشر بجهود شركات الطاقة في البحث عن حلول تدمج الكفاءة المتقدمة بسرعة الاستجابة.

الدكتور بيتر يوفانوفيتش، أحد المشاركين في البحث، أكد أن النموذج الأولي للمكثف أظهر أداءً يُعد من الأفضل بين جميع المكثفات الكربونية المسجلة حتى الآن، إضافة إلى أن طريقة التصنيع اقتصادية وقابلة للتوسع الصناعي. وفي الاتجاه نفسه، أوضح الدكتور فيليب إيتشيسون من شركة “أيونك إندستريز” – وهي شركة ناشئة تابعة لجامعة موناش – أن العمل جارٍ حالياً لتصنيع كميات تجارية من مادة الغرافين الجديدة بالتعاون مع شركاء في مجال تخزين الطاقة.
وهذا يربط بين البحث الأكاديمي ومراحله التطبيقية، حيث يبدأ المشروع فعلياً في الانتقال من المختبر إلى السوق.

يرى الباحثون أن هذه التكنولوجيا قد تغيّر مستقبل الطاقة النظيفة، إذ تجمع للمرة الأولى بين قدرة تخزين تضاهي البطاريات وسرعة تفريغ تتفوق عليها. تم تمويل المشروع من مجلس الأبحاث الأسترالي ومكتب البحوث التابع لسلاح الجو الأمريكي، ضمن رؤية مشتركة لدفع تطوير مواد أكثر استدامة وأماناً للبيئة.

في المحصلة، يثبت هذا الاكتشاف أن الغرافين، بخفة وزنه ومرونته الفائقة، لا يزال يحمل مفاتيح التحول القادم في عالم تخزين الطاقة، وقد نراه قريباً في المركبات الكهربائية والأنظمة الذكية التي تعتمد على شحن سريع وطاقة دائمة.