تطوير تقنية يمكنها زيادة مرونة وكفاءة المولد الكهروحراري لأعلى مستوى في العالم
قام فريق بحثي بتطوير تقنية يمكنها زيادة مرونة وكفاءة المولد الكهروحراري إلى أعلى مستوى في العالم باستخدام “الميكانيكية” المواد الخارقة” التي لا وجود لها في الطبيعة.
تم نشر نتائج البحث للدكتور هيكيونج تشوي وفريق البحث مين جو يون من مركز أبحاث مواد تحويل الطاقة، معهد أبحاث التكنولوجيا الكهربائية الكوري (KERI)، بتطوير في مواد الطاقة المتقدمة.
بشكل عام، تنكمش المادة في الاتجاه الرأسي عندما يتم تمددها في الاتجاه الأفقي. يشبه الأمر عندما تضغط على كرة مطاطية، فإنها تتسطح من الجوانب، وعندما تسحب شريطًا مطاطيًا، فإنها تتمدد بإحكام.
مقدار الاستطالة المستعرضة مقسومًا على مقدار الضغط المحوري هو نسبة بواسون، على العكس من ذلك، فإن المواد الميكانيكية، على عكس المواد الموجودة في الطبيعة، مصممة بشكل مصطنع لتتوسع في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي عندما يتم تمددها في الاتجاه الأفقي. المواد الفوقية لها نسبة بواسون سلبية.
زيادة قابلية تمدد المولدات الكهروحرارية
نجحت شركة KERI في زيادة قابلية تمدد المولدات الكهروحرارية بنسبة تصل إلى 35%، وذلك باستخدام حشية ذات بنية فوقية.
يقوم المولد الحراري بتحويل الفرق في درجة الحرارة بين طرفين إلى طاقة كهربائية.
يطلق عليه جهاز حصاد الطاقة الصديق للبيئة من الجيل التالي لأنه يمكنه الاستفادة من الحرارة المهدرة في الحياة اليومية ككهرباء.
مرنة وفعالة في نفس الوقت
حتى الآن، كانت معظم المولدات الكهربائية الحرارية تستخدم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوع من السيراميك الصلب، مما يجعل من الصعب تطبيقها على الأسطح المنحنية مثل الجلد أو أنابيب الماء الساخن.
ولحل هذه المشكلة، تم اعتماد مواد مرنة مثل السيليكون والبوليمرات كدعم، ولكن الموصلية الحرارية العالية كانت هي المشكلة.
كلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين حدود كل مادة، زادت كفاءة المولدات الحرارية، ولكن الدعامات المرنة النموذجية تسبب تجاوزًا حراريًا وتمنع التدرجات الكبيرة في درجة الحرارة بسبب فقدان الحرارة اللاحق.
بمعنى آخر، من المهم أن تكون المولدات الكهربائية الحرارية مرنة وفعالة في نفس الوقت.
تتميز الحشية القابلة للتشوه التي يستخدمها فريق الدكتور هيكيونج تشوي ببنية فوقية، مما يزيد بشكل كبير من الاستقرار الهيكلي للمولد الحراري.
يمكن تحويله إلى أشكال مختلفة، ويمتد بشكل جيد مثل جلد الإنسان، ويسهل تثبيته في أي مكان.
بالإضافة إلى ذلك، تتمتع فجوة الهواء الجزئية داخل الحشية بخصائص عزل ممتازة، مما يمنع فقدان الحرارة ويضمن كفاءة المولد الحراري عن طريق زيادة فرق درجة الحرارة بنسبة تصل إلى 30% مقارنة بالمولدات الحرارية المرنة الموجودة.
تتميز المولدات الكهربائية الحرارية من KERI بأنها قابلة للتمدد بنسبة تصل إلى 35% أو أكثر، كما أن كثافة إنتاج الطاقة أعلى بأكثر من 20 مرة (0.1μW/cm2 ⇒ 2~3μW/cm2 ) حتى لو تم توسيع وحدة المولد الحراري بشكل كبير، فلا يوجد أي تدهور تقريبًا في الخصائص الكهربائية.
تعد هذه المرونة والكفاءة من أعلى المستويات في العالم.
حقق فريق البحث المتانة التي تسمح للمولد بالحفاظ على أدائه دون خسارة حتى بعد 10000 أو أكثر من الانحناء المتكرر.
قال الدكتور هيكيونج تشوي من معهد KERI لا يمتلك الباحثون في الفريق المعرفة اللازمة لتطوير مواد كهروحرارية عالية الأداء فحسب، بل يمتلكون أيضًا تقنية الوحدات المخصصة لجمع الطاقة والتكنولوجيا المتعلقة بالأجهزة المستقرة التي تعمل بالطاقة الذاتية”، مضيفًا: “بفضل أبحاث التقارب هذه، تمكنا من خلق التآزر والنظر في كل شيء بدءًا من تطوير التكنولوجيا الأساسية والاختبار وحتى التطبيقات الواقعية.”
إنترنت الأشياء والأجهزة القابلة للارتداء
ومن المتوقع أن يحظى هذا الإنجاز باهتمام كبير في مجال إنترنت الأشياء والأجهزة القابلة للارتداء المعتمدة على الذكاء الاصطناعي، الأجهزة الحالية القابلة للارتداء لها عيب أنها يجب أن تحتوي على مصدر طاقة منفصل مثل البطارية، ولكن مع تقنية KERI لحصاد الطاقة الحرارية، يمكن ببساطة ربطها بالجسم لإنتاج الكهرباء باستخدام حرارة الجسم، وحتى توفير الطاقة مباشرة من خلال وحدة، ويمكن تطبيقه أيضًا على المجال الطبي من الجيل التالي.
يهدف فريق الدكتور هيكيونج تشوي إلى النهوض بعصر الجيل التالي من حصاد الطاقة الصديقة للبيئة من خلال البحث والتطوير المستمر، وتحسين تكنولوجيا التبريد ودوائر إدارة الطاقة التي يمكنها تحسين أداء المولدات الكهربائية الحرارية.
