سیمنٹ پر مبنی سپر کیپیسیٹر ایک نیا توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام بناتا ہے - فزکس ورلڈ

سیمنٹ پر مبنی سپر کیپیسیٹر ایک نیا توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام بناتا ہے - فزکس ورلڈ

ٹائم سٹیمپ: 25 اگست 2023 4:22 AM

سیمنٹ کے سپر کیپسیٹرز سے بنی فاؤنڈیشن والا گھر ایک دن کی توانائی ذخیرہ کر سکتا ہے۔
چونکہ نیا "سپر کیپیسیٹر" کنکریٹ اپنی مضبوطی برقرار رکھے گا، اس لیے اس مواد سے بنی فاؤنڈیشن والا گھر سولر پینلز یا ونڈ ملز سے پیدا ہونے والی ایک دن کی توانائی کو ذخیرہ کر سکتا ہے، اور جب بھی ضرورت ہو اسے استعمال کرنے کی اجازت دے سکتا ہے۔ (بشکریہ: فرانز جوزف الم، ایڈمر میسک اور یانگ شاو ہارن)

کاربن بلیک اور سیمنٹ سے بنا ایک نیا سستا اور موثر سپر کپیسیٹر کسی عمارت کی کنکریٹ فاؤنڈیشن میں ایک دن کی توانائی ذخیرہ کر سکتا ہے یا الیکٹرک کاروں کے لیے بغیر رابطے کے ری چارجنگ فراہم کر سکتا ہے۔ میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (MIT) اور Wyss انسٹی ٹیوٹ کے محققین کے مطابق، یہ آلہ قابل تجدید توانائی کے ذرائع جیسے شمسی، ہوا اور سمندری توانائی کے استعمال میں بھی سہولت فراہم کر سکتا ہے، جس نے اسے تیار کیا۔

سپر کیپسیٹرز کو تکنیکی طور پر الیکٹرک ڈبل لیئر یا الیکٹرو کیمیکل کیپسیٹرز کے نام سے جانا جاتا ہے، اور ان کی صلاحیتیں بیٹریوں اور روایتی (ڈائی الیکٹرک) کیپسیٹرز کے درمیان کہیں آتی ہیں۔ اگرچہ بیٹریوں کے مقابلے میں چارج کو ذخیرہ کرنے میں کم اچھا ہے، سپر کیپسیٹرز اس سلسلے میں روایتی کیپسیٹرز سے بہتر ہیں ان کے غیر محفوظ الیکٹروڈز کی بدولت، جن کی سطح کا رقبہ کئی مربع کلومیٹر جتنا بڑا ہے۔ دوہری تہہ جو اس طرح کے آلات کے الیکٹرولائٹ الیکٹروڈ انٹرفیس پر بنتی ہے جب وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے وہ چارج کی مقدار کو مزید بڑھاتا ہے جو وہ ذخیرہ کرسکتے ہیں۔

سوپر کیپیسیٹرز کے بھی بیٹریوں پر کچھ فوائد ہیں۔ جہاں بیٹریاں چارج اور ڈسچارج ہونے میں کئی گھنٹے لگ سکتی ہیں، وہیں سپر کیپیسیٹرز اسے منٹوں میں کرتے ہیں۔ ان کی عمر بھی بہت لمبی ہے، ہزاروں کی بجائے لاکھوں چکروں تک۔ اور بیٹریوں کے برعکس، جو کیمیائی رد عمل کے ذریعے کام کرتی ہیں، سپر کیپسیٹرز توانائی کو برقی چارج شدہ آئنوں کی شکل میں ذخیرہ کرتے ہیں جو ان کے الیکٹروڈ کی سطحوں پر جمع ہوتے ہیں۔

انتہائی اونچی اندرونی سطح کا علاقہ

نئی ڈیوائس، جس کی قیادت ایک ٹیم نے کی ہے۔ فرانز جوزف الم, ایڈمر مسک اور یانگ شاو ہارن، سیمنٹ پر مبنی مواد پر مشتمل ہے جو اندرونی سطح کے انتہائی بلند رقبے پر فخر کرتا ہے۔ تحقیق کرنے والوں نے یہ کاربن بلیک پر مشتمل خشک سیمنٹ مکس سے شروع کر کے حاصل کیا، جو بہت باریک چارکول سے ملتا ہے۔ اس مکسچر میں، انہوں نے پانی اور سپر پلاسٹکائزر شامل کیے – کنکریٹ کی پیداوار میں پانی کو کم کرنے والا ایک معیاری مرکب۔ جیسا کہ پانی سیمنٹ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، یہ قدرتی طور پر ڈھانچے کے اندر چھیدوں کا ایک برانچنگ نیٹ ورک بناتا ہے، اور کاربن ان سوراخوں میں منتقل ہو کر فریکٹل نما ڈھانچے کے ساتھ تاروں کے تنت بناتا ہے۔ یہ گھنے، باہم جڑے ہوئے، نیٹ ورک کا ڈھانچہ ہے جو مواد کو اس کے انتہائی بڑے سطحی رقبے کے ساتھ فراہم کرتا ہے۔

"ہم تازہ مواد کو پلاسٹک کی ٹیوبوں میں بھرتے ہیں اور انہیں کم از کم 28 دنوں تک سخت رہنے دیتے ہیں،" الم بتاتے ہیں۔ "پھر ہم نمونوں کو الیکٹروڈ کے سائز کے ٹکڑوں میں کاٹتے ہیں، ان الیکٹروڈ کو ایک معیاری الیکٹرولائٹ محلول (پوٹاشیم کلورائڈ) میں بھگو دیتے ہیں اور ایک موصل جھلی کے ذریعے الگ کیے گئے دو الیکٹروڈز میں سے ایک سپر کیپیسیٹر بناتے ہیں۔"

محققین پھر ایک الیکٹروڈ کو مثبت چارج اور دوسرے کو منفی چارج سے جوڑ کر الیکٹروڈ کو پولرائز کرتے ہیں۔ چارجنگ کے دوران، الیکٹرولائٹ سے مثبت چارج شدہ آئن منفی چارج شدہ والیومیٹرک کاربن تار پر جمع ہوتے ہیں، جبکہ منفی چارج شدہ آئن مثبت چارج شدہ کاربن تار پر جمع ہوتے ہیں۔

ایک دن کی توانائی کی قیمت

راستے میں جھلی کے ساتھ، چارج شدہ آئن الیکٹروڈ کے درمیان منتقل نہیں کر سکتے ہیں. یہ عدم توازن برقی میدان پیدا کرتا ہے جو سپر کنڈکٹر کو چارج کرتا ہے۔ "حقیقت یہ ہے کہ والیومیٹرک تار اس کے لئے دستیاب جگہ کو بھرتی ہے - جس کی ہم نے EDS-Raman اسپیکٹروسکوپی سے تصدیق کی ہے - ہمیں کاربن بلیک کی انتہائی بڑی سطح پر بہت زیادہ توانائی ذخیرہ کرنے کی اجازت دیتی ہے،" الم کہتے ہیں۔ "جب ہم پھر توانائی کے منبع کو سپر کیپسیٹر سے منقطع کرتے ہیں، تو ذخیرہ شدہ توانائی جاری ہوتی ہے، اور اس طرح مختلف قسم کے ایپلی کیشنز کے لیے طاقت فراہم کر سکتی ہے۔"

ان کے حساب کے مطابق، جس میں وہ تفصیل سے لکھتے ہیں۔ PNAS، مواد کا ایک بلاک جس کی پیمائش 45 میٹر ہے۔3 (3.55 میٹر مکعب کے برابر)، تقریباً 10 کلو واٹ توانائی ذخیرہ کرنے کے قابل ہو گا۔ یہ ایک عام گھرانے کی روزانہ بجلی کی اوسط کھپت کے برابر ہے۔ بنیادوں کے ساتھ بنایا گیا گھر جس میں یہ کاربن کنکریٹ مرکب ہوتا ہے اس لیے ایک دن کی توانائی ذخیرہ کر سکتا ہے – مثال کے طور پر سولر پینلز کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے – اور ضرورت پڑنے پر اسے چھوڑ سکتا ہے۔ اس مواد کو وقفے وقفے سے بجلی پیدا کرنے والے جنریٹرز جیسے ونڈ ٹربائنز میں بھی شامل کیا جا سکتا ہے، جو پھر اپنے اڈوں میں توانائی کو ذخیرہ کر سکتے ہیں اور اسے کم مدت کے دوران چھوڑ سکتے ہیں۔

سپر کیپیسیٹر کے لیے ایک اور ممکنہ ایپلی کیشن - اگرچہ ایک اعلی درجے کی ایک - اسے کنکریٹ روڈ ویز میں شامل کرنا ہے۔ یہ سپر سڑکیں پھر توانائی کو ذخیرہ کرسکتی ہیں (شاید ان کے ساتھ واقع سولر پینلز کے ذریعے تیار کی جاتی ہیں) اور اسے برقی مقناطیسی انڈکشن کے ذریعے گزرنے والی برقی گاڑیوں تک پہنچا سکتی ہیں۔ یہ ٹیکنالوجی بنیادی طور پر وہی ہے جو موبائل فون کو وائرلیس طور پر ری چارج کرنے کے لیے استعمال ہوتی تھی، اور محققین کا کہنا ہے کہ اس کا استعمال الیکٹرک گاڑیوں کو ری چارج کرنے کے لیے بھی کیا جا سکتا ہے جب وہ حرکت نہ کر رہی ہوں - مثال کے طور پر کار پارک میں۔

ان کا مزید کہنا ہے کہ زیادہ قریب المدت استعمال بجلی کے گرڈ سے دور عمارتوں میں ہو سکتے ہیں، جنہیں سپر کیپسیٹرز سے منسلک سولر پینلز کے ذریعے طاقت دی جا سکتی ہے۔

بہت توسیع پذیر نظام

Ulm کا کہنا ہے کہ یہ نظام بہت قابل توسیع ہے، کیونکہ توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت الیکٹروڈ کے حجم کے تناسب سے بڑھ جاتی ہے۔ "آپ 1 ملی میٹر موٹے الیکٹروڈ سے 1 میٹر موٹے الیکٹروڈ تک جا سکتے ہیں، اور ایسا کرنے سے آپ بنیادی طور پر توانائی کے ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کو چند سیکنڈ کے لیے ایل ای ڈی روشن کرنے سے لے کر پورے گھر کو بجلی دینے تک لے سکتے ہیں،" وہ بتاتے ہیں۔ انہوں نے مزید کہا کہ دی گئی درخواست کے لیے درکار خصوصیات پر منحصر ہے، نظام کو مرکب کو ایڈجسٹ کر کے بنایا جا سکتا ہے۔ گاڑی کو چارج کرنے والی سڑک کے لیے، بہت تیز چارجنگ اور ڈسچارج کی شرحوں کی ضرورت ہوگی، جب کہ گھر کو پاور دینے کے لیے "آپ کے پاس اسے چارج کرنے کے لیے پورا دن ہے،" اس لیے سست چارجنگ مواد استعمال کیا جا سکتا ہے۔

"حقیقت یہ ہے کہ اجزاء کے مواد اتنی آسانی سے دستیاب ہیں توانائی کے ذخیرہ کرنے کے حل پر نظر ثانی کرنے کا ایک نیا طریقہ کھولتا ہے،" الم بتاتا ہے طبیعیات کی دنیا. "کنکریٹ، پانی کے بعد، زمین پر سب سے زیادہ استعمال ہونے والا مادہ ہے، لیکن یہ ایک غیر معمولی ماحولیاتی قیمت پر آتا ہے، کیونکہ دنیا بھر میں CO کا تقریباً 8 فیصد2 اخراج کا نتیجہ سالانہ عالمی عالمی پیداوار کے 4 گیگاٹن سے ہوتا ہے۔ اس لیے ہماری مجموعی توجہ کنکریٹ کو ایک کثیر فعلی مواد بنانا تھا جو ایک اضافی مفید سماجی کام فراہم کر سکے۔"

انہوں نے نوٹ کیا کہ اگر ہم موسمیاتی تبدیلی کے اثرات کو روکنا چاہتے ہیں تو آج توانائی کا ذخیرہ بہت اہمیت کا حامل ہے، اور پچھلے مطالعات سے یہ بات سامنے آئی ہے کہ سیمنٹ کاربن مرکب کو الیکٹران سے چلنے والا سیمنٹ بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے برقی چالکتا کافی نہیں ہے۔ "ہم نے یہ قیاس کیا کہ ہائیڈرو فوبک کاربن بلیک کی موجودگی میں ہائیڈرو فیلک سیمنٹ کو ہائیڈریٹ کرنے سے قدرتی طور پر دو دیگر معیارات فراہم کرنے چاہئیں جن کی ضرورت ہے: اسٹوریج- اور ٹرانسپورٹ پوروسیٹی،" الم کہتے ہیں۔

محققین کی فوری توجہ ایک سپر کیپیسیٹر بنانے پر ہے جو 12V بیٹری کے برابر چارج ذخیرہ کر سکے۔ "ہم اس ڈیوائس کو زیادہ جدید آلات کی طرف ابتدائی اینٹ سمجھتے ہیں،" الم کہتے ہیں۔

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ طبیعیات کی دنیا