Betri ya Rechargeable ya Thomas Edison Iliyofeli Inaweza Kupata Maisha ya Pili

Marekani - Shirika la Habari la Ekhbary

Betri ya Rechargeable ya Thomas Edison Iliyofeli Inaweza Kupata Maisha ya Pili

Katika maendeleo ambayo yanaweza kuandika upya sura za historia ya kuhifadhi umeme, timu ya watafiti kutoka Chuo Kikuu cha California, Los Angeles (UCLA) wamefanikiwa kuendeleza kielelezo cha betri ya nikeli-chuma kinachorejelea kanuni za awali zilizowekwa na mvumbuzi maarufu Thomas Edison. Wakati maono ya awali ya Edison kwa teknolojia hii mwanzoni mwa karne ya 20 yalikuwa ya kuendesha magari ya umeme, watafiti wa kisasa sasa wanaamini kuwa dhana zake za msingi zinafaa zaidi kwa matumizi ya kuhifadhi nishati mbadala, kama vile vituo vya nishati ya jua na upepo.

Utafiti huo, uliochapishwa hivi karibuni katika jarida la kisayansi 'Small', unaelezea kielelezo cha ubunifu cha betri kinachoweza kuchaji upya kwa sekunde chache na kuhimili zaidi ya mizunguko 12,000 ya kuchaji na kutoa nishati. Uimara huu wa ajabu unalingana na takriban miaka 30 ya matumizi makali ya kila siku, ikionyesha maisha marefu ya kipekee kwa teknolojia hii iliyofikiriwa upya. Mafanikio haya yanaonyesha uelewa wa kina zaidi wa jinsi ya kutumia kanuni za kemikali katika kiwango cha nano kwa utendaji bora.

Dhana ya nguvu ya umeme inayoweza kuchajiwa tena haikuwa mpya kabisa wakati wa enzi ya Edison. Kufikia mwaka 1900, magari ya mseto ya umeme yalikuwa mengi zaidi kuliko magari yanayotumia petroli barabarani nchini Marekani. Mnamo 1901, Edison alipata hati miliki kwa mafanikio kwa betri yake ya gari ya risasi-asidi inayofanya kazi, ambayo karibu ilianzisha karne ya 20 kwenye njia tofauti kabisa. Hata hivyo, betri za Edison zilikutana na vikwazo vikubwa, ikiwa ni pamoja na gharama kubwa na kiwango cha juu cha maili 30 tu, ambacho hatimaye kilisababisha kuzipoteza kwa injini ya mwako wa ndani kabla ya Edison kutimiza kikamilifu maono yake ya kibadala cha betri ya nikeli-chuma yenye mafanikio.

Leo, nishati mbadala imekuwa uti wa mgongo wa mchanganyiko wa nishati duniani, baada ya zaidi ya karne moja ya uvumbuzi unaoendelea na kwa kuzingatia ufahamu unaoongezeka wa matokeo mabaya ya mafuta. Wakati watu wengi leo wanajua betri za lithiamu-ioni zinazoweza kuchajiwa tena, dhana ya nikeli-chuma ya Edison haijatoweka kabisa. Wahandisi wa UCLA wanakiri kwamba ingawa teknolojia hii inaweza kuwa haifai moja kwa moja kwa matumizi ya usafirishaji, inaonyesha ahadi kubwa kwa matumizi katika miundombinu ya nishati, kama vile mashamba ya jua na vituo vya kuhifadhi nishati kwa kiwango kikubwa.

Dkt. Maher El-Kady, mmoja wa waandishi wenza wa utafiti huo, anaeleza kuwa kanuni za msingi za teknolojia hii, licha ya kutegemea vifungo vya kiwango cha atomiki na uhandisi wa nano, kwa kushangaza ni rahisi kueleweka. "Watu mara nyingi hufikiria zana za kisasa za nanoteknolojia kuwa ngumu na za hali ya juu, lakini mbinu yetu ni rahisi na ya moja kwa moja kwa kushangaza," alisema katika wasifu wa hivi karibuni wa UCLA.

Timu ya El-Kady ilipata msukumo kutoka vyanzo viwili vikuu: kemia ya msingi na anatomy ya mifupa. Kwa mfano, uundaji wa mifupa ya mgongo na maganda ya wanyama huashiria matumizi ya protini maalum kama mfumo wa kujenga misombo yenye msingi wa kalsiamu. "Kuweka madini kwa njia sahihi hujenga mifupa ambayo ni imara, lakini yanatosha kunyumbulika ili yasiwe rahisi kuvunjika. Jinsi inavyofanywa ni karibu muhimu kama nyenzo inayotumiwa, na protini huongoza jinsi zinavyowekwa," anaelezea Dkt. Ric Kaner, mwanasayansi wa nyenzo na mwandishi mwenza wa utafiti huo.

El-Kady na Kaner walichunguza uwezekano wa kurekebisha mfumo huu wa kibiolojia kwa kubadilisha kalsiamu na nikeli na chuma. Kwa sehemu ya protini, walitumia bidhaa za pembeni kutoka kwa usindikaji wa nyama ya ng'ombe, wakizijaza na oksidi ya grafini - karatasi nyembamba sana ya kaboni na oksijeni yenye unene wa atomu moja. Hatimaye, walifanikiwa kukuza muundo wa protini uliokunjwa, uliojawa na atomi za nikeli zenye chaji chanya na atomi za chuma zenye chaji hasi. Miundo hii, ambayo upana wake ni chini ya nanometeri tano, ingehitaji makundi 10,000 hadi 20,000 ili kufikia upana wa nywele za binadamu.

Atomi za oksijeni za oksidi ya grafini kawaida hufanya kazi kama kiingilizi, ambacho kinaweza kuzuia ufanisi wa betri. Hata hivyo, timu ilitengeneza suluhisho. Kwa kuweka ubunifu wao katika maji yaliyochemshwa sana, joto la juu liligeuza protini kuwa kaboni huku likiondoa oksijeni yote. Wakati huo huo, makundi haya ya metali yaliingizwa zaidi ndani ya miundo. Matokeo yalikuwa aerogel iliyo na karibu 99% ya hewa kwa ujazo. Kutoka hapa, mienendo ya kushangaza ya eneo la uso huanza.

"Tunapoenda kutoka kwa chembe kubwa hadi kwenye makundi haya madogo sana ya nano, eneo la uso huongezeka sana. Hiyo ni faida kubwa kwa betri," El-Kady alieleza. "Wakati chembe ni ndogo sana, karibu kila atomi inaweza kushiriki katika mmenyuko. Kwa hivyo, kuchaji na kutoa nishati hufanyika haraka sana, unaweza kuhifadhi zaidi, na betri nzima hufanya kazi kwa ufanisi zaidi."

Wakati betri ya aerogel ya nikeli-chuma ya El-Kady kwa sasa haina uwezo wa kuhifadhi wa mbadala wa lithiamu-ioni, na kuifanya haifai kwa magari ya umeme, umuhimu wake unaenea zaidi ya kuwa jaribio rahisi la kemia. Kuchaji haraka, uimara, na utoaji wa juu wa betri ya nikeli-chuma unaonyesha kuwa inaweza kufanya kazi vizuri kwenye mashamba ya jua. Betri inaweza kuhifadhi kwa urahisi na haraka umeme mwingi wakati wa mchana, kisha kuhamisha nguvu hiyo kwenye gridi ya taifa usiku. Zaidi ya hayo, inaweza kutumika kama chanzo muhimu cha nguvu za chelezo kwa vituo vya data vinavyotumia nishati nyingi.

Ingawa ufufuo wa betri za nikeli-chuma za Edison bado uko katika hatua zake za awali, sayansi na ujuzi wa uhandisi umewekwa imara. Muhimu zaidi, teknolojia hii inah epuka kabisa utegemezi wa metali adimu ambazo ni tabia ya betri za lithiamu-ioni.

"Tunachanganya tu viungo vya kawaida, tunatumia hatua za joto kali na kutumia malighafi zinazopatikana kwa wingi," El-Kady alihitimisha. Taarifa hizi zinafungua mlango kwa mustakabali wa kuahidi wa kuhifadhi nishati, ambapo uvumbuzi uliochochewa na zamani unacheza jukumu muhimu katika kushughulikia changamoto za sasa na za baadaye.

Shirika la Habari la Ekhbary