توسعه یک باتری الکتریکی با الهام از ماهی الکتریکی

دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی (AFOSR) آمریکا قراردادی سه‌ ساله به ارزش ۲.۵۵ میلیون دلار با یک آزمایشگاه تحقیقاتی در ایالت پن منعقد کرده است تا چارچوبی برای طراحی و تولید منابع انرژی نرم، خود شارژ شونده و الهام گرفته از زیست محیطی دارای کاربردهای فضایی ایجاد کند.

این پروژه توسط «جوزف ناجم» (Joseph Najem) استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا برای توسعه یک منبع انرژی که قادر به تامین انرژی ماهواره‌ها، دوربین‌ها، حسگرهای آب و هوا و سایر دستگاه‌های فضایی است، هدایت خواهد شد. ناجم و تیمش از نزدیک با «مایکل مایر» از دانشگاه فریبورگ برای ساخت و تولید منابع انرژی چند منظوره پلیمری یا مبتنی بر هیدروژل همکاری خواهند کرد.

«امیر براتی فریمانی» از دانشگاه کارنگی ملون و «کریستوف ودر» از دانشگاه فریبورگ بر روی شبیه‌سازی و سنتز مواد تمرکز خواهند کرد.

نجم گفت: چالش کنونی در فضا این است که باتری‌های لیتیوم یونی که برای مثال در تلفن‌های همراه یا خودروهای الکتریکی پیدا می‌کنید، سفت و سخت هستند و تعمیر و نگهداری بسیار بالایی دارند. نصب آنها پرهزینه است و برای ادامه کار به فناوری نیاز دارد. همچنین به دلیل احتمال انفجار هنگام شارژ بیش از حد، یک نگرانی ایمنی وجود دارد. یک منبع انرژی سازگار و خودپایدار که از نظر الکتریکی به اندازه کافی برای ماموریت‌های مداری در مدار پایینی زمین کارآمد است و دارای ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی برای مقاومت در برابر محیط‌های خشن است، می‌تواند برای کاربردهای فضایی مفید باشد.

ماهی‌های الکتریکی که دارای اندام‌هایی هستند که میدان الکتریکی برای شکار و دفاع تولید می‌کنند، الهام‌بخش این نوع منبع انرژی هستند. ماهی الکتریکی هر ماهی است که می‌تواند میدان الکتریکی تولید کند. ماهی که می‌تواند میدان الکتریکی تولید کند الکتروژنیک گفته می‌شود در حالی که به ماهی‌ای که توانایی برای تشخیص میدان‌های الکتریکی دارد الکترورسیو گفته می‌شود. اکثر ماهی‌های الکتروژنیک الکترورسیو نیز هستند. بیشتر ماهی‌های نگهداری شده در آکواریوم و صید شده جهت مصرف غذایی در گروه الکتروژنیک یا الکترورسیو نیستند.

ماهی‌های الکتریکی با خوردن و برداشت انرژی از محیط اطراف خود شارژ می‌شوند. به گفته نجم، در فضا، منبع انرژی ممکن است مشابه نحوه استفاده ماهی‌ها از غذا با استفاده از یک منبع موجود مانند خورشید شارژ شود.

تحقیقات اخیر منابع انرژی مبتنی بر هیدروژل را نشان داده است که مانند ماهی الکتریکی، یون‌های باردار را در غشاهای انتخابی حرکت می‌دهند تا ولتاژهای توان بالا تولید کنند.

نجم گفت: ما معتقدیم که یک پلیمر نرم یا ماده مبتنی بر هیدروژل، حداقل از نظر مفهومی، پتانسیل این را دارد که به طور مستقل عمل کند. سیستم حاصل چند کاربرده و پاسخگو به محرک‌ها خواهد بود و در صورت تقاضا برق تولید می‌کند.

آزمایشگاه نجم جایزه ۴۵۰۰۰۰ دلاری را از برنامه محقق جوان AFOSR در سال ۲۰۲۳ دریافت کرده است.