افزایش کارایی ذخیره انرژی با طراحی نانوفتوکاتالیست‌های جدید
محققان با تولید نانوذراتی که دارای ساختار هسته‌ای پوسته‌ای هستند، توانستند میزان ذخیره انرژی خورشیدی را به‌صورت هیدروژن مولکولی افزایش دهند.
به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه علمی پزشكی باشگاه خبرنگاران جوان، ذخیره‌سازی انرژی یکی از مهم‌ترین فناوری‌های شناخته شده بشر در تامین نیازها است. این فرایند را کلید رشد اقتصادی، ایجاد اشتغال، از بین بردن فقر و توسعه‌ی جوامع انسانی مخصوصا در بخش‌های روستایی می‌دانند. بر خلاف سوخت فسیلی یا هسته‌ای، میزان و زمان ورود انرژی تجدیدپذیر غالبا از کنترل انسان خارج است.
انرژیهای نو عموما جریانی ناپیوسته از انرژیهای مورد نیاز را تامین می‌کنند. برای درک بهتر، شب‌هنگام یا در هوای ابری امکان استفاده از سلول‌های خورشیدی وجود ندارد. به همین دلیل انطباق عرضه و تقاضا در سرعت تولید و مصرف بسیار مشکل است. توجه کنید که تقاضای انرژی می‌تواند بازه‌ای در تراز ماه‌ها (گرم کردن خانه)، روزها (ایجاد روشنایی) و ثانیه (روشن کردن موتور) داشته باشد.
بیشتر بخوانید: دانشگاه‌ها به کارخانجات تولیدکننده محصولات غذایی وصل می شوند؟
ذخیره‌سازی انرژی عبارت است از انبار یا جمع‌آوری انرژی در یک قالب خاص به شکلی که در زمان سبقت تقاضا بر عرضه در بازار، قابل توزیع و برگشت باشد. البته ذخیره‌ی نفت، گاز یا زغال‌سنگ نیز نوعی ذخیره‌سازی است. اما عبارت ذخیره‌سازی انرژی تنها برای انرژیهای ثانویه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فناوری نانو در دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است و همواره در حال توسعه و پیشرفت است. دامنه و زمینه کاری فناوری نانو بسیار گسترده گردیه است بطوری که می توان در هر جایی و هر صنعتی کاربردهای آن را مشاهده نمود. با توجه به اهمیت مبحث انرژی در عصر حاضر یکی از عرصه های بالقوه برای حضور فناوری نو ظهور نانو در بخش ذخیره انرژی می باشد. از همین رو موارد زیر برای استفاده فناوری نانو در بخش ذخیره سازی انرژی آورده شده است.
یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که با استفاده از فتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی می‌توان کارایی فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی را بهبود داد. با این کار فتوکاتالیست‌ها، میزان تولید هیدروژن افزایش می‌یابد.
سوخت‌های فسیلی آسیب زیادی به کره زمین وارد می‌کنند و لازم است هرچه سریع‌تر منابع تجدیدپذیر انرژی جایگزین سوخت‌های فسیلی شوند. استفاده از نور خورشیدی یکی از گزینه‌های مهم در میان منابع تجدیدپذیر است. با این حال لازم است که نور خورشید را بتوان برای استفاده‌های بعدی ذخیره‌سازی کرد.
یکی از روش‌های استاندارد ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، استفاده از فتوکاتالیست‌های تولید هیدروژن یا HEPs است که در واقع انرژی خورشیدی در پیوندهای هیدروژن مولکولی ذخیره می‌شود.
در حال حاضر، بیشتر HEPs با استفاده از نیمه‌هادی معدنی تک جزئی تولید می‌شوند. این فتوکاتالیست‌ها نور را در طول‌موج‌های فرابنفش جذب می‌کنند؛ بنابراین، تولید هیدروژن تنها محدود به این طول‌موج است.
یک گروه تحقیقاتی به رهبری ایان مک‌کولاچ از KAUST با همکاری محققانی از بریتانیا و آمریکا HEPs تولید کردند که دارای دو جزء است. این گروه تحقیقاتی، نانوذرات آلی را ترکیب کرده تا بتوانند نور بیشتری را در طول‌موج مرئی جذب کنند.
جان کوسکو از محققان این پروژه می‌گوید: «نیمه‌هادی‌های معدنی معمولا برای تولید فتوکاتالیست استفاده می‌شوند، این مواد پرتوهای فرابنفش را جذب می‌کنند که تنها ۵ درصد از نور خورشید را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین، کارایی این روش بسیار کم است.»
بنابراین، این گروه تحقیقاتی از روشی به نام مینی‌آمولوسیون استفاده کردند که می‌تواند نیمه‌هادی‌های آلی را در آب به‌صورت آمولوسیون درآورد و آن‌ها را با سورفاکتانت پایدار کند. این آمولوسیون‌ها گرمادهی می‌شوند تا در نهایت نانوذرات نیمه‌هادی آلی پایدار شده با سورفاکتانت ایجاد شوند.
آن‌ها با تغییر سورفاکتانت اقدام به دستکاری نانوذرات کردند و موفق به تولید ساختارهای هسته‌ای پوسته‌ای شدند که در آن‌ها دهنده و گیرنده حضور دارند.
چنین ساختارهایی می‌توانند نرخ تولید هیدروژن را افزایش دهند و نسل جدیدی از فناوری‌های ذخیره انرژی را پدید آورند.
انتهای پیام/
