سولارابيك، اليابان- 31 أغسطس 2025: كشف باحثون في معهد العلوم بطوكيو عن اكتشاف قد يُحدث ثورة في قطاع الطاقة النظيفة، مؤكدين أن بخار الماء يمكنه مضاعفة كفاءة التوصيل الأيوني في نوع مبتكر من السيراميك. ويفتح هذا الإنجاز الباب أمام جيل جديد من خلايا وقود الأوكسيد الصلب (SOFCs) التي تعمل في درجات حرارة منخفضة، مما يجعلها أكثر متانة وأقل تكلفة. وتكمن أهمية الدراسة في حلها لإحدى أكبر العقبات التي تواجه هذه التقنية، والمتمثلة في ضرورة تشغيلها عند درجات حرارة بالغة الارتفاع تصل إلى 1000 درجة مئوية (1832 درجة فهرنهايت)، وهو ما يؤدي إلى تدهور المواد بسرعة ويرفع التكلفة.
سيراميك ذكي يكشف أسراره
تركزت أبحاث الفريق، بقيادة البروفيسور ماساتومو ياشيما، على مادة سيراميكية فريدة تُعرف بأوكسيد الباريوم والنيوبيوم والموليبدينوم (Ba7Nb4MoO20)، وهي مادة ذات بنية بلورية مرتبطة بالبيروفسكايت تسهل نقل الأيونات. ووجد الفريق أنه عند تعريض هذه المادة لبخار الماء عند درجة حرارة 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت)، فإن ناقليتها لأيونات الأوكسجين (O2−) تتضاعف أكثر من مرة، حيث قفزت من 2.5×10−4 إلى 5.3×10−4 سيمنز/سم. وتوصلت الدراسة إلى أن بخار الماء يتم امتصاصه داخل الشبكة البلورية، مما يضيف المزيد من أيونات الأوكسجين في “المواقع البينية” الفارغة، وهذه الأيونات الإضافية تسهل بدورها حركة الأيونات الأخرى عبر الشبكة، مما يزيد من سرعة التوصيل وحريته. وللتأكد من نتائجهم، أجرى الباحثون دراسات متخصصة لتتبع انتشار النظائر المشعة ومحاكاة حاسوبية باستخدام ديناميكيات جزيئية مدعومة بالذكاء الاصطناعي.
آفاق واعدة للطاقة النظيفة
يمهد هذا الاكتشاف الطريق أمام خلايا وقود تعمل بكفاءة عند درجات حرارة معتدلة (حوالي 500 درجة مئوية)، وهو ما يطيل عمرها الافتراضي بشكل كبير عبر الحد من تدهور مكوناتها. ويُترجم هذا الانخفاض في درجة حرارة التشغيل إلى خفض مباشر في التكاليف، إذ لم تعد هناك حاجة لاستخدام محفزات باهظة الثمن ومواد نادرة تتحمل الحرارة الشديدة، مما يجعل هذه التقنية أكثر جدوى للتطبيقات الواسعة. واختتم البروفيسور ياشيما بأن هذا التقدم في علوم المواد سيدفع بقوة تطوير الموصلات الأيونية، التي لا غنى عنها لتقنيات الطاقة النظيفة مثل خلايا الوقود وخلايا التحليل الكهربائي للبخار، معتبرًا إياها مكونات أساسية لبناء مجتمع مستدام وتحقيق أهداف الأمم المتحدة للتنمية.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
