لا يمكن سحب حلول الطاقة المستدامة من فراغ. ومع ذلك، فإن الجمع بين الهواء والمعدن والأطر الأخرى قد يمهد الطريق لتحويل وتخزين الطاقة الصديقة للبيئة ، وفقًا لفريق بحث مقره في الصين.
نشروا مراجعتهم للمواد المسامية الجديدة – تسمى الأطر المعدنية العضوية (MOFs) والأطر العضوية التساهمية (COFs) – وقدرتها على تطوير بطاريات الهواء المعدني في Nano Research Energy .
تشتمل إطارات المواد البلورية المسامية على ترتيبات مختلفة من المواد المستعبدة التي يمكن أن تحفز الخصائص المرغوبة، بما في ذلك القدرة على تسريع التفاعلات بين الأكسجين والمعادن لتحويل الطاقة وتخزينها، تسهل ترتيباتها المتنوعة المرونة، مع ارتفاع المسامية ومساحة السطح، مما يتيح أفضل فرصة للتفاعلات الضرورية، مشتقاتها، أو المنتجات المشتقة من الأطر، تعمل أيضًا على تعزيز التوصيل الإلكتروني غير الكافي سابقًا وتحسين الاستقرار الكيميائي.
عدم كفاية التوصيل والاستقرار
لكن تقدمهم كان محدودًا بسبب عدم كفاية التوصيل والاستقرار، وفقًا للمؤلف المشارك تاو وانج، الأستاذ بمركز الطاقة الهيدروجينية، كلية علوم وتكنولوجيا المواد، جامعة نانجينج للملاحة الجوية والفضاء.
قال وانج إن “البطاريات المعدنية الهوائية، ذات الطاقة النوعية العالية، والتسعير المعتدل، والسلامة العالية والصديقة للبيئة، هي المرشح الواعد لتخزين الطاقة وتحويلها”، “في الوقت الحالي، تشتمل بطاريات الهواء المعدني على عملية تحفيزية معقدة من مراحل الغاز والسائل والصلب، مما يجعل من الصعب فهم آلية عمليات التفريغ وإعادة الشحن بعمق”.
أشار وانج أيضًا إلى أن بعض ترتيبات MOF و COF لها حركيات رد فعل بطيئة، مما يعني أن هناك حاجة إلى محفز فعال لتقليل تحديات التحويل المحتملة وتحسين دورة حياة البطارية.
بنية جزيئية فريدة تتيح مسامية عالية
لفهم كيفية التحكم في الفوائد- والتخفيف من التحديات – من الأطر ومشتقاتها بشكل أفضل، راجع الباحثون الأدبيات العلمية المتاحة الحالية، من بين الأفكار الأخرى، وجدوا أن الأطر تُظهر بنية جزيئية فريدة تتيح مسامية عالية مع توزيع موحد للمواقع التحفيزية، مما يعني أن تفاعلاتها يمكن أن تكون أكثر قابلية للتنبؤ بها مع المواد المسامية الأخرى.
قال وانج: “من خلال الدراسة المنهجية للتأثيرات بين المكونات العضوية والمراكز النشطة التحفيزية للأطر العضوية المعدنية و COFs ، يمكننا الحصول على أساس نظري لاختيار وتوليف محفزات الإطار المطلوب في المستقبل”، “يمكننا أيضًا أن نفهم بشكل أفضل البيئة المكروية المحلية في الأطر العضوية المعدنية وCOFs، وكيف تؤثر على التأثير التحفيزي الكلي.”
تطوير تقنيات أكثر تقدمًا
يوصي وانج وفريقه بإجراء مزيد من الدراسة حول كيفية إعداد الأطر العضوية المعدنية الوظيفية و COFs بشكل أفضل بناءً على آلية التفاعل الخاصة بهم؛ الهجين الأطر العضوية و COFs ؛ والتحكم في تكوين وتشكل مشتقات MOF و COF، يوصون أيضًا بتطوير تقنيات أكثر تقدمًا لاكتشاف إشارات اهتزاز الجزيئات على سطح القطب الكهربائي ومراقبة عملية التحويل لتوضيح العلاقة بين الهيكل والأداء بشكل كامل.
قال وانج: “من خلال المراجعة الشاملة لمزايا وتحديات وآفاق الأطر العضوية المعدنية و COFs، نأمل أن تلقي مواد الإطار العضوي رؤى أكثر عمقًا في تطوير التحفيز الكهربائي وتخزين الطاقة في المستقبل”.
