أقطاب نانوية هجينة للمكثفات الفائقة
العنوان الرسمي للبراءة
مكثفات فائقة هجينة نانوية لتخزين الطاقة
العنوان الإنجليزي: Nanohybrid supercapacitors for energy storage
الاختراع
الاختراع
المشكلة
توفر المكثفات الفائقة شحنًا سريعًا وقدرة عالية لكنها قد تكون أقل في كثافة الطاقة، بينما تكون مساحة السطح أو الموصلية محدودة في بعض مواد الأقطاب.
أهميتها
قد يؤدي جمع نيتريد الكربون وأكاسيد المعادن إلى بنى أقطاب ذات سلوك متكامل للسطح والعزل ونقل الشحنة لأبحاث تخزين الطاقة.
النهج
تشحن الطريقة مكثفًا يحتوي أنوده أو كاثوده على C3N4 غرافيتي وFe2O3 وMgAl2O4 بنسب كتلية محددة. ويكوّن المركب النانوي سمات من أكاسيد المعادن بحجم نانوي على صفائح مسامية من نيتريد الكربون ويعمل بتيار متناوب في مجال الميغاهرتز.
الجهات المستفيدة
تشمل الجهات التي قد تستفيد باحثي المكثفات الفائقة ومصنعي مواد الأقطاب ومختبرات المركبات النانوية ومطوري المكونات الكهربائية وفرق تخزين الطاقة المتجددة.
القيمة المحتملة
يحدد الإفصاح هجينًا نانويًا من ثلاثة مكونات وبنية مسامية وتركيب أطوار وشكلًا نانويًا وتشغيلًا كهربائيًا عالي التردد في مادة قطب مكثف مقترحة واحدة.
الخلفية
الخلفية
يزيد توليد الطاقة المتجددة المتقطع الحاجة إلى أنظمة التخزين. ويمكن للمكثفات الفائقة الشحن والتفريغ بسرعة وتقديم قدرة عالية، لكن كثافة طاقتها قد تقل عن البطاريات. وتسعى الأقطاب الهجينة إلى جمع آليات تخزين الشحنة في الطبقة الكهربائية المزدوجة وتفاعلات الأكسدة والاختزال. ويوفر نيتريد الكربون الغرافيتي ثباتًا حراريًا وكيميائيًا وسلوكًا شبه موصل، لكن مساحة سطحه وموصليته منفردًا قد تكونان محدودتين. ويجمعه المنشور مع أكسيد الحديد وألومينات المغنيسيوم في مركب نانوي منظم لشحن مكثف عالي التردد.
نظرة تقنية
نظرة تقنية
يحتوي المركب النانوي للقطب على C3N4 غرافيتي وFe2O3 وMgAl2O4 ضمن مجالات محددة للنسب الكتلية. وتنتظم جسيمات أكاسيد المعادن النانوية على صفائح مسامية ملتفة أو مجعدة من نيتريد الكربون، وتُحدد مساحة المسام وقطرها وحجمها والمسافات البلورية وقمم الأطوار. ويُشحن المكثف بتيار متناوب عند 1–15 ميغاهرتز. وفي الاختبارات المختبرية توصّف المادة باستخدام XRD وTEM وحيود الإلكترونات وقياسات الموصلية والعزل والممانعة.
التطبيقات المحتملة
التطبيقات المحتملة
- أقطاب هجينة نانوية مرشحة لأبحاث المكثفات الفائقة.
- دراسات شحن المكثفات عالية التردد والمواد العازلة.
- تطوير مركبات نيتريد الكربون الغرافيتي وأكاسيد المعادن.
- فحص أقطاب نانوية البنية لتخزين الطاقة المتجددة.
المزايا المدعومة بالمعلومات
المزايا المدعومة بالمعلومات
- يجمع الهجين النانوي نيتريد الكربون وأكسيد الحديد وألومينات المغنيسيوم.
- تُحدد النسب الكتلية للمكونات ومجالات خصائص المسام.
- تُحمل جسيمات أكاسيد المعادن النانوية على صفائح مسامية من نيتريد الكربون.
- يُوصف التوصيف باستخدام XRD والمجهر الإلكتروني والموصلية والعزل والممانعة.
- تحدد المطالبات التشغيل عبر مجال شحن 1–15 ميغاهرتز.
مرحلة التطوير
مرحلة التطوير
يصف المنشور توصيفًا بنيويًا وكهربائيًا معتمدًا على التردد في المختبر؛ ولم تُقدم بيانات أداء مكثف فائق كامل أو دوراته، ولم يتم التحقق بشكل مستقل من مرحلة التطوير بما يتجاوز تلك الدراسات المبلغ عنها.
الفرصة التجارية
الفرصة التجارية
قد يهم الهجين النانوي شركاء المكثفات الفائقة ومواد الأقطاب. وينبغي للتطوير إثبات بنية خلية كاملة والسعة ونافذة الجهد والمقاومة التسلسلية المكافئة وكثافة الطاقة والقدرة والاحتفاظ بالشحنة والعمر الدوري وتوافق الإلكتروليت والثبات الحراري ومعالجة القطب وتخليقًا قابلًا للتوسع وتكرار الدفعات والتكلفة المقارنة.
تصنيفات البراءة
تصنيفات البراءة
التصنيف الدولي للبراءات WIPO IPC
- H01G11/42المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
- H01G11/26المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
التصنيف التعاوني للبراءات CPC
- H01G11/24المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
- H01G11/26المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
- H01G11/42المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
- H01G11/46المكثفات؛ المكثفات والمقومات والكواشف وأجهزة التبديل والأجهزة الحساسة للضوء أو الحرارة من النوع الإلكتروليتي
- H02J7/00شبكات القدرة الكهربائية؛ ترتيبات أو أنظمة الدوائر لتغذية القدرة الكهربائية أو توزيعها؛ أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية
المخترعون
المخترعون
- المخترع الأولمحمد خيري عبد الفتاح عمران
- مخترعبابكر يعقوب الهادي عبد الخير
الكلمات المفتاحية
الكلمات المفتاحية
- مكثف فائق
- هجين نانوي
- نيتريد كربون غرافيتي
- أكسيد الحديد
- ألومينات المغنيسيوم
- قطب
- تردد عالٍ
- تخزين الطاقة
وثيقة البراءة والرسومات
وثيقة البراءة والرسومات
رُبط منشور البراءة بهذا السجل. وتبقى الرسومات داخل الوثيقة، ولم تُزوّد حزمة وسائط عامة منفصلة ومعتمدة للنشر.