تصميم أقطاب مبتكرة للمكثفات الفائقة بالاستفادة من كيمياء النقر والأطر المعدنية العضوية

نجحت مجموعة أبحاث الكيمياء بجامعة كردستان، بإشراف سعادة الدكتور «عبد الله سليمي»، في تطوير استراتيجية مبتكرة لتصميم أقطاب المكثفات الفائقة (Supercapacitors) المتقدمة، حيث نُشرت نتائج هذه الدراسة في المجلة الدولية المرموقة Journal of Energy Storage الصادرة عن دار النشر العالمية Elsevier. وتركز هذه الدراسة على تطوير مواد عالية الكفاءة لأنظمة تخزين الطاقة، مستفيدة من الدمج الذكي للعديد من المناهج المتقدمة في هندسة المواد لتقديم بنية جديدة متعددة الطبقات تهدف إلى تعزيز أداء المكثفات الفائقة المتماثلة.

وفي هذا البحث، تؤدي الأطر المعدنية العضوية (MOFs) دوراً محورياً في تصميم البنية وهندستها. فقد استخدم الباحثون هذه الأطر كطبقة بينية مهندسة، مما وفر ركيزة منظمة ونشطة لربط وتثبيت مكونات القطب المختلفة. ويسهم وجود مجموعات الأزيدي في بنية هذا الإطار المعدني العضوي في إتاحة الاستفادة من "كيمياء النقر" (Click Chemistry)؛ وهي منهجية دقيقة وانتقائية للغاية في الكيمياء الحديثة تُستخدم لتكوين روابط تساهمية مستقرة بين المكونات ذات البنية النانوية. وفي هذا النظام، يؤدي تفاعل النقر بين مجموعات الأزيدي الموجودة في الإطار المعدني العضوي والروابط الألكاينية في طبقات الغرافيدين النانوية (GDY) إلى تكوين روابط تساهمية قوية، مما يضمن تثبيت طبقة الـ GDY بشكل مستقر على سطح رغوة النيكل. ولا يقتصر هذا الارتباط الموجه على تعزيز التكامل البنيوي للنظام فحسب، بل يسهم أيضاً في تحسين مسارات انتقال الإلكترونات والأيونات.

وعلى هذه الركيزة المهندسة، تم نمو طبقات من هيدروكسيدات ثنائية الطبقات ثلاثية المعادن (النيكل والكوبالت والمنغنيز) المطعمة بالموليبدينوم مباشرةً، لتكوين بنية هرمية ذات مساحة سطحية نشطة عالية. ويتيح هذا الدمج الذكي تحقيق تآزر وتكامل بين تفاعلات السعة الكاذبة الفارادية وسعة الطبقة الثنائية الكهربائية (EDLC)، مما أدى إلى تحسين الأداء الكهركيميائي للقطب بشكل ملحوظ. وتظهر نتائج التقييمات الكهركيميائية أن هذه البنية متعددة المكونات تتميز بحركية سريعة لانتقال الشحنات، وتوصيلية كهربائية محسنة، واستقرار دوري عالٍ، مما يضمن تحقيق كثافة طاقة متميزة إلى جانب قدرة تشغيلية ممتازة. ويعد هذا الإنجاز العلمي تجسيداً للقدرات البحثية العالية لقسم الكيمياء بجامعة كردستان في مجالات المواد المتقدمة والأنظمة الحديثة لتخزين الطاقة.