أفضل من البلاتين.. السبانخ ترفع كفاءة خلايا الوقود

عند تحويل السبانخ من شكلها الورقي الصالح للأكل إلى صفائح نانوية كربونية تعمل كمحفز لتفاعل اختزال الأكسجين في خلايا الوقود

السبانخ، من الخضراوات الغنية بالعناصر الغذائية التي أثبتت دراسة حديثة أنها لا توفر الطاقة للبشر فقط، لكن لديها القدرة على مساعدة خلايا الوقود بالطاقة، عند تحويلها من شكلها الورقي الصالح للأكل إلى صفائح نانوية كربونية، لأنها تعمل كمحفز لتفاعل اختزال الأكسجين في خلايا الوقود والبطاريات المعدنية الهوائية.

وتفاعل اختزال الأكسجين، هو أحد تفاعلين في خلايا الوقود وبطاريات الهواء المعدني وعادة ما يكون أبطأ مما يحد من إنتاج الطاقة لهذه الأجهزة.

ولطالما عرف الباحثون أن بعض المواد الكربونية يمكن أن تحفز التفاعل، لكن هذه المحفزات القائمة على الكربون لا تؤدي دائمًا أداءً جيدًا أو أفضل من المحفزات التقليدية القائمة على البلاتين.

وأراد باحثو الجامعة الأمريكية في واشنطن من خلال دراستهم التي نشرت في العدد الأخير من دورية " ACS Omega"،إيجاد طريقة تحضير غير مكلفة وأقل سمية لمحفز فعال باستخدام الموارد الطبيعية المتاحة بسهولة، وتصدوا لهذا التحدي باستخدام السبانخ.

ويقول الدكتور شوزونج زو، أستاذ الكيمياء في الجامعة الأمريكية والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة: "يشير هذا العمل إلى أنه يمكن صنع محفزات مستدامة لتفاعل تقليل الأكسجين من الموارد الطبيعية، والطريقة التي اختبرناها يمكن أن تنتج محفزات عالية النشاط قائمة على الكربون من السبانخ، وهي كتلة حيوية متجددة".

ويضيف: "في الواقع، نعتقد أنها تتفوق على محفزات البلاتين التجارية في كل من النشاط والاستقرار، وهي قابلة للتطبيق في خلايا وقود الهيدروجين والمعادن وبطاريات هوائية".

وتعمل المحفزات على تسريع تفاعل اختزال الأكسجين لإنتاج تيار كافٍ وتوليد الطاقة، ومن بين التطبيقات العملية للبحث خلايا الوقود وبطاريات الهواء المعدني التي تشغل المركبات الكهربائية وأنواع المعدات العسكرية.

ويحرز الباحثون تقدمًا في المختبر وفي النماذج الأولية باستخدام محفزات مشتقة من النباتات أو المنتجات النباتية مثل عشب الكاتيل أو الأرز، ويعتبر عمل "زو" أول عرض لاستخدام السبانخ كمادة لتحضير محفزات تفاعل تقليل الأكسجين.

والسبانخ مرشح جيد لهذا العمل لأنه نبات يعيش في درجات حرارة منخفضة، وفير وسهل النمو، وغني بالحديد والنيتروجين الضروريين لهذا النوع من المحفزات.

وابتكر "زو" وطلابه المحفزات وقاموا باختبارها، وهي عبارة عن صفائح نانوية كربونية مشتقة من السبانخ.

وصفائح الكربون النانوية مثل قطعة من الورق بسمك على مقياس نانومتر، أرق ألف مرة من شعر الإنسان.

ولإنشاء الصفائح النانوية، وضع الباحثون السبانخ في عملية متعددة الخطوات تضمنت طرقًا منخفضة وعالية التقنية، بما في ذلك غسل السبانخ وعصرها وتجفيفها بالتجميد، وطحنها يدويًا إلى مسحوق ناعم باستخدام الهاون والمدقة، ثم معاملة طبقة الكربون النانوية الناتجة مع نيتروجين إضافي لتحسين أدائها.

وأظهرت القياسات أن المحفزات المشتقة من السبانخ كانت تؤدي أداءً أفضل من المحفزات القائمة على البلاتين والتي يمكن أن تكون باهظة الثمن وتفقد فعاليتها بمرور الوقت.

وتتمثل الخطوة التالية للباحثين في وضع المحفزات في نماذج أولية للأجهزة، مثل خلايا وقود الهيدروجين، لمعرفة كيفية أدائها وتطوير المحفزات من النباتات الأخرى.

aXA6IDE4LjE4OC45Ni4xNyA=

جزيرة ام اند امز