كاوست تبتكر حلاً بسيطًا يطيل عمر البطاريات المائية بأكثر من عشرة أضعاف
يُعدّ المَصْعَد (الأنود) - وهو مسرى كهربائي يمر خلاله تيار كهربائي ضمن جهاز كهربائي ذي أقطاب - أحد العوامل الحاسمة في تحديد عمر البطارية، سواء كانت مائية أم لا، إذ تحدث فيه التفاعلات الكيميائية المسؤولة عن توليد وتخزين الطاقة. غير أن بعض التفاعلات الجانبية غير المرغوبة تؤدي إلى تدهوره، ما يقلل من عمر البطارية.
وأظهرت الدراسة الجديدة أن المياه الحرة – أي جزيئات الماء غير المرتبطة بقوة بجزيئات أخرى – تساهم في حدوث هذه التفاعلات الجانبية، بينما يقلل وجود كبريتات الزنك من كمية المياه الحرة داخل البطارية.
وقال البروفيسور حسام الشريف، أستاذ ورئيس مركز كاوست للتميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST) وقائد الفريق البحثي في هذه الدراسة " تسلط نتائجنا الضوء على أهمية بنية المياه في كيمياء البطاريات، وهي عامل رئيسي تم تجاهله في السابق".
تسمح المياه الحرة بالتفاعل بسهولة مع المزيد من الجزيئات، ما يؤدي إلى تفاعلات غير مرغوبة تستهلك الطاقة وتتلف المَصْعَد. وأظهرت الدراسة أن أيونات الكبريتات تعمل بمثابة "لاصق للماء" يثبت الروابط بين جزيئات المياه الحرة، ويغير ديناميكيتها، ما يقلل عدد التفاعلات الجانبية الضارة.
ورغم أن الجزء الأكبر من التجارب أُجري على بطاريات تستخدم كبريتات الزنك، تشير نتائج أولية إلى أن التأثير نفسه يحدث مع مصاعد معدنية أخرى، ما يفتح المجال أمام استخدام أملاح الكبريتات كحل عالمي لزيادة عمر جميع البطاريات المائية القابلة لإعادة الشحن.
وقال الدكتور يونبي زو، الباحث في كاوست والذي أجرى معظم التجارب "أملاح الكبريتات منخفضة التكلفة ومتوفرة على نطاق واسع ومستقرة كيميائيًا، مما يجعل حلّنا قابلًا للتطبيق علميًا واقتصاديًا".
وتحظى البطاريات المائية باهتمام عالمي متزايد كحل مستدام لتخزين الطاقة على نطاق واسع، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم سوقها 10 مليارات دولار بحلول عام 2030. وعلى عكس بطاريات الليثيوم الشائعة في السيارات الكهربائية، تُعد البطاريات المائية خيارًا أكثر أمانًا وأقل بصمة بيئية لدمج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية في شبكات الكهرباء، وهو هدف محوري في مسار تحول الطاقة في المملكة العربية السعودية.
وقد شارك في هذه الدراسة أيضًا أساتذة كاوست عمر محمد وعثمان بكر وشيشيانغ زانغ وماني ساراثي.
وأشار الشريف إلى أن الجمع بين علماء مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين الذين يمتلكون خلفيات متكاملة، مثل تصميم البطاريات والنمذجة الكهروكيميائية، والأدوات التجريبية، مثل التحليل الطيفي المتقدم والمجهرية، كان أمراً بالغ الأهمية للاكتشاف.
وقال "تأسست مركز التميّز للطاقة المتجددة وتقنيات التخزين في كاوست ليكون رائدًا في مجال ابتكار الطاقة المتجددة في المملكة. وتؤكد النتائج التي حققناها والتحسينات الكبيرة في أداء واستقرار البطاريات المائية على ما يمكننا إنجازه في كاوست من خلال توحيد الجهود والاستفادة من خبرات أعضاء المركز المتنوعة والمتميزة".
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
Independent عربية
منذ 42 دقائق
- Independent عربية
أميركا تسابق الزمن لتركيب مفاعل نووي فوق سطح القمر
سرعت الولايات المتحدة جهودها لبناء مفاعل نووي بهدف تشغيله على سطح القمر في أواخر 2029، في إطار المنافسة مع الصين وروسيا اللتين تسعيان إلى اتخاذ خطوة مماثلة بحلول منتصف ثلاثينيات القرن الـ21. ويعكس التوجيه الجديد الصادر عن وزير النقل والمدير الموقت لوكالة "ناسا" شون دافي، مخاوف أميركية من أن تعلن الصين وروسيا منطقة حظر دخول لتقييد قدرة الولايات المتحدة على التحرك في القمر. وأوضحت "ناسا" أنها تسعى إلى استغلال التكنولوجيا النووية لتكون قادرة على "دعم اقتصاد القمر في المستقبل، وتوليد طاقة عالية على المريخ، وتعزيز الأمن القومي في الفضاء". ومن المقرر أن تعين الوكالة أحد مسؤوليها للإشراف على المشروع خلال 30 يوماً، وإتاحته للمناقصة أمام الشركات خلال 60 يوماً لبناء مفاعل ينتج ما لا يقل عن 100 كيلوواط، أي ما يكفي لتشغيل نحو 80 منزلاً في الولايات المتحدة. وتشير صحيفة "نيويورك تايمز" إلى أنه من غير الواضح حتى الآن استخدامات هذا المفاعل النووي، لكن إدارة دونالد ترمب حريصة على تسريع جهود تطوير الطاقة النووية وإعادة تركيز وكالة "ناسا" على الرحلات المأهولة، مع السعي إلى إجراء خفض كبير في برامج المسابير الفضائية الآلية، وأبحاث علوم المناخ، وتطوير تقنيات الطيران. وفي هذا السياق، أصدر المدير الموقت لوكالة "ناسا" الخميس الماضي توجيها بتسريع تطوير المحطات الفضائية التجارية لاستبدال محطة الفضاء الدولية، التي ستخرج عن الخدمة في عام 2030. اقرأ المزيد يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field) وفي 2022، أبرمت "ناسا" مع شركات ثلاثة عقود بقيمة 5 ملايين دولار لكل منها في عام 2022، للعمل على تصاميم أولية لمفاعلات نووية صغيرة الحجم لإنتاج 40 كيلوواط من الكهرباء. ومن المقرر أن تنفذ الولايات المتحدة أول هبوط على سطح القمر ضمن برنامج "أرتميس" التابع لناسا للعودة للقمر في عام 2027، لكن عدداً من الخبراء يشككون في واقعية هذا الجدول الزمني، نظراً إلى عدم اكتمال عدد من المكونات الضرورية، بما في ذلك مركبة الهبوط القمرية "ستارشيب" التي تطورها شركة "سبيس إكس". وتسعى إدارة ترمب إلى التحول نحو استخدام الصواريخ والمركبات التجارية، بدلاً من الاعتماد على صاروخ "نظام الإطلاق الفضائي" وكبسولة "أوريون" المخصصة للطاقم، اللذين تعمل عليهما "ناسا" منذ أكثر من عقد. وسيكون المفاعل النووي مفيداً للإقامات الطويلة على القمر، خصوصاً خلال لياليه الطويلة التي تدوم أسبوعين، لكن خطط "ناسا" لم تحدد جدولا زمنيا لبناء قاعدة هناك.
سعورس
منذ 8 ساعات
- سعورس
تقنيات الذكاء الاصطناعي ترصد الزلازل بالمملكة
في إطار استراتيجيتها الجديدة التي أُعلنت قبل عامين، كثّفت جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) تعاونها مع الجهات الوطنية، ساعيةً لتحويل أبحاثها المبتكرة والرائدة عالميًا إلى فوائد ملموسة تخدم المجتمع السعودي. ومن أبرز الأمثلة على ذلك المشروع الذي يقوده البروفيسور طارق الخليفة، أستاذ هندسة وعلوم الأرض في كاوست، والعالم الباحث في كاوست عمر سعد، واللذان تواصلا مع هيئة المساحة الجيولوجية السعودية (SGS) لاستكشاف التحديات التي تواجهها في رسم الخرائط الجيولوجية لكامل أراضي المملكة. وقد أسفرت هذه المناقشات الأولية عن تطوير تقنية ذكاء اصطناعي جديدة تمكّن الهيئة من فهم النشاط الزلزالي علميًا بشكل أفضل ونشر أنظمة إنذار مبكر لحماية المباني وإنقاذ الأرواح. وعلى الرغم من أن المملكة تُعرف بكونها منطقة صحراوية شاسعة، فإن بعض مناطقها معرّضة للنشاط الزلزالي، لا سيما في الجهة الغربية حيث تنتشر البراكين ومناطق الصدوع الجيولوجية. وقد رصدت الهيئة عشرات الآلاف من الهزات الأرضية – وإن كانت ضعيفة – خلال السنوات الخمس عشرة الماضية في منطقة حرة الشاقة، وأكثر من 3000 هزة في مايو 2009 وحده بالقرب من مدينة العيص. تُعرف هذه الهزات المتتالية ب "الزلازل العنقودية"، وهي شائعة في المناطق البركانية وتشكل تحديًا إضافيًا للباحثين، إذ يصعب عليهم تحديد مصدر كل هزة وتمييز الاهتزازات المختلفة. وهنا يأتي دور النظام الذكي الذي طوره الخليفة وسعد، والذي يمنح الهيئة قدرة أكبر على إجراء مسوحات دقيقة للمنطقة، مع خطط لتوسيع استخدامه في مناطق أخرى وصولاً إلى تغطية المملكة بأكملها بهذه التقنية المتقدمة. وقال المهندس تركي السحلي، مدير أعلى مركز المخاطر الجيولوجية في هيئة المساحة الجيولوجية السعودية "تواصلت معنا كاوست، واستمعت إلى التحديات في التطوير، وقدمت حلاً علميًا مبتكرًا. هذا النظام الذكي يتفوق على التحليل اليدوي الذي اعتدناه، ويتيح لنا إجراء تحليلات متقدمة للزلازل في المملكة، ما يساعد على تحسين البنية التحتية وحماية المزيد من الأرواح." ومع التقدم الكبير في قدرات الحوسبة، تمكّن العلماء من الوصول إلى فهم غير مسبوق للزلازل، بما في ذلك مواقعها وقوتها، ما ساعد على وضع نماذج للتنبؤ بسلوك الزلازل المستقبلية. هذه البيانات أساسية لوضع السياسات الحكومية وقوانين البناء. ومع ذلك، لا يزال العلماء يواجهون صعوبة في بعض الأحيان في تمييز زلزال عن آخر عند حدوث الزلازل العنقودية. وقال سعد "هناك عامل بشري في الطرق الحسابية التقليدية لدراسة الزلازل. وبينما يظل الخبراء في الصدارة، تُظهر أدوات الذكاء الاصطناعي قدرة عالية على معالجة البيانات المعقدة وفصل الزلازل المختلفة بدقة أكبر." ووفقًا للخبير لطفي سامي، مستشار في البرنامج الوطني للزلازل والبراكين بالهيئة، أثبتت أدوات الذكاء الاصطناعي التي طورها الخليفة وسعد أنها أداة بالغة الأهمية، قائلاً "قبل عامين، طبّقنا نظام "أنتيلوب" للكشف الآلي عن الزلازل وتحليلها في الوقت ذاته. وبالتعاون مع كاوست، أضفنا إحدى أحدث تقنيات الذكاء الاصطناعي إلى النظام. هدفنا هو إحداث نقلة نوعية في آلية رصد الموجات الزلزالية في منطقة العيص". وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذا النهج القائم على الذكاء الاصطناعي في قدرته على كشف الزلازل الصغيرة التي قد لا تكتشفها طرق الرصد اليدوية. ويشرح سعد أن الزلزال سلسلة من الموجات - الموجات الأولية (P) والثانوية (S) - ويعتمد خبراء الزلازل على هذه الموجات لاكتشاف الحدث الزلزالي وتحليله، مما يوفر قاعدة بيانات فائقة الدقة عن موقع الزلزال وقوته وآلية حدوثه ووقت نشأته والمعطيات الأخرى المهمة، مقارنة بالأساليب التقليدية. وتُستخدم هذه البيانات في تطوير أنظمة إنذار مبكر قادرة على تنبيه المناطق المعرضة للخطر بشكل أسرع عند وقوع الزلازل، حيث يمكن لثوانٍ أو دقائق معدودة من الإنذار المسبق أن تنقذ مجتمعات بأكملها. وكان سعد قد بدأ مسيرته كباحث في الرؤية الحاسوبية، قبل أن ينضم إلى المعهد القومي للبحوث الفلكية والجيوفيزيقية في مصر، حيث طور تقنيات ذكاء اصطناعي لدراسة الزلازل استُخدمت في العديد من الدول. ومنذ انضمامه إلى كاوست عام 2023، حرص على توظيف خبراته لدعم مهام الهيئة. وقال سعد "بالنسبة لي، كانت فرصة تطوير تقنيات الذكاء الاصطناعي لخدمة المملكة دافعًا قويًا للتعاون مع الهيئة". وأوضح أن ما يميز مشروع الهيئة عن أعماله السابقة هو أن الذكاء الاصطناعي المطور في كاوست يتعامل مع البيانات في الوقت الفعلي، وهو ما أصبح ممكنًا بفضل التقدم المستمر في قدرات الحوسبة، والتحسينات في برمجيات كاوست المخصصة، وجودة البيانات التي توفرها هيئة المساحة الجيولوجية السعودية. وبعد نجاح تجربة العيص، يخطط الطرفان لتوسيع نطاق التعاون. واختتم البروفيسور طارق الخليفة قائلاً "لدينا في كاوست شغف عميق بالعلوم، لكن دافعنا الأكبر هو توظيف العلم لصالح حياة الناس والمملكة. مثل هذا المشروع مع هيئة المساحة الجيولوجية السعودية يجسد طريقتنا في العمل. نعم، نحب أن نكون في المختبر، لكن أعظم شعور بالإنجاز هو عندما نرى أبحاثنا تتحول إلى قيمة حقيقية ملموسة".
الرياض
منذ 9 ساعات
- الرياض
المساحة الجيولوجية تستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي من كاوست لرصد الزلازل في المملكة
بناء أنظمة مراقبة وإنذار أفضل في جميع أنحاء المملكة من خلال اعتماد الذكاء الاصطناعي في كاوست في إطار استراتيجيتها الجديدة التي أُعلنت قبل عامين، كثّفت جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) تعاونها مع الجهات الوطنية، ساعيةً لتحويل أبحاثها المبتكرة والرائدة عالميًا إلى فوائد ملموسة تخدم المجتمع السعودي. ومن أبرز الأمثلة على ذلك المشروع الذي يقوده البروفيسور طارق الخليفة، أستاذ هندسة وعلوم الأرض في كاوست، والعالم الباحث في كاوست عمر سعد، واللذان تواصلا مع هيئة المساحة الجيولوجية السعودية (SGS) لاستكشاف التحديات التي تواجهها في رسم الخرائط الجيولوجية لكامل أراضي المملكة. وقد أسفرت هذه المناقشات الأولية عن تطوير تقنية ذكاء اصطناعي جديدة تمكّن الهيئة من فهم النشاط الزلزالي علميًا بشكل أفضل ونشر أنظمة إنذار مبكر لحماية المباني وإنقاذ الأرواح. وعلى الرغم من أن المملكة تُعرف بكونها منطقة صحراوية شاسعة، فإن بعض مناطقها معرّضة للنشاط الزلزالي، لا سيما في الجهة الغربية حيث تنتشر البراكين ومناطق الصدوع الجيولوجية. وقد رصدت الهيئة عشرات الآلاف من الهزات الأرضية – وإن كانت ضعيفة – خلال السنوات الخمس عشرة الماضية في منطقة حرة الشاقة، وأكثر من 3000 هزة في مايو 2009 وحده بالقرب من مدينة العيص. تُعرف هذه الهزات المتتالية بـ "الزلازل العنقودية"، وهي شائعة في المناطق البركانية وتشكل تحديًا إضافيًا للباحثين، إذ يصعب عليهم تحديد مصدر كل هزة وتمييز الاهتزازات المختلفة. وهنا يأتي دور النظام الذكي الذي طوره الخليفة وسعد، والذي يمنح الهيئة قدرة أكبر على إجراء مسوحات دقيقة للمنطقة، مع خطط لتوسيع استخدامه في مناطق أخرى وصولاً إلى تغطية المملكة بأكملها بهذه التقنية المتقدمة. وقال المهندس تركي السحلي، مدير أعلى مركز المخاطر الجيولوجية في هيئة المساحة الجيولوجية السعودية "تواصلت معنا كاوست، واستمعت إلى التحديات في التطوير، وقدمت حلاً علميًا مبتكرًا. هذا النظام الذكي يتفوق على التحليل اليدوي الذي اعتدناه، ويتيح لنا إجراء تحليلات متقدمة للزلازل في المملكة، ما يساعد على تحسين البنية التحتية وحماية المزيد من الأرواح." ومع التقدم الكبير في قدرات الحوسبة، تمكّن العلماء من الوصول إلى فهم غير مسبوق للزلازل، بما في ذلك مواقعها وقوتها، ما ساعد على وضع نماذج للتنبؤ بسلوك الزلازل المستقبلية. هذه البيانات أساسية لوضع السياسات الحكومية وقوانين البناء. ومع ذلك، لا يزال العلماء يواجهون صعوبة في بعض الأحيان في تمييز زلزال عن آخر عند حدوث الزلازل العنقودية. وقال سعد "هناك عامل بشري في الطرق الحسابية التقليدية لدراسة الزلازل. وبينما يظل الخبراء في الصدارة، تُظهر أدوات الذكاء الاصطناعي قدرة عالية على معالجة البيانات المعقدة وفصل الزلازل المختلفة بدقة أكبر." ووفقًا للخبير لطفي سامي، مستشار في البرنامج الوطني للزلازل والبراكين بالهيئة، أثبتت أدوات الذكاء الاصطناعي التي طورها الخليفة وسعد أنها أداة بالغة الأهمية، قائلاً "قبل عامين، طبّقنا نظام "أنتيلوب" للكشف الآلي عن الزلازل وتحليلها في الوقت ذاته. وبالتعاون مع كاوست، أضفنا إحدى أحدث تقنيات الذكاء الاصطناعي إلى النظام. هدفنا هو إحداث نقلة نوعية في آلية رصد الموجات الزلزالية في منطقة العيص". وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذا النهج القائم على الذكاء الاصطناعي في قدرته على كشف الزلازل الصغيرة التي قد لا تكتشفها طرق الرصد اليدوية. ويشرح سعد أن الزلزال سلسلة من الموجات - الموجات الأولية (P) والثانوية (S) - ويعتمد خبراء الزلازل على هذه الموجات لاكتشاف الحدث الزلزالي وتحليله، مما يوفر قاعدة بيانات فائقة الدقة عن موقع الزلزال وقوته وآلية حدوثه ووقت نشأته والمعطيات الأخرى المهمة، مقارنة بالأساليب التقليدية. وتُستخدم هذه البيانات في تطوير أنظمة إنذار مبكر قادرة على تنبيه المناطق المعرضة للخطر بشكل أسرع عند وقوع الزلازل، حيث يمكن لثوانٍ أو دقائق معدودة من الإنذار المسبق أن تنقذ مجتمعات بأكملها. وكان سعد قد بدأ مسيرته كباحث في الرؤية الحاسوبية، قبل أن ينضم إلى المعهد القومي للبحوث الفلكية والجيوفيزيقية في مصر، حيث طور تقنيات ذكاء اصطناعي لدراسة الزلازل استُخدمت في العديد من الدول. ومنذ انضمامه إلى كاوست عام 2023، حرص على توظيف خبراته لدعم مهام الهيئة. وقال سعد "بالنسبة لي، كانت فرصة تطوير تقنيات الذكاء الاصطناعي لخدمة المملكة دافعًا قويًا للتعاون مع الهيئة". وأوضح أن ما يميز مشروع الهيئة عن أعماله السابقة هو أن الذكاء الاصطناعي المطور في كاوست يتعامل مع البيانات في الوقت الفعلي، وهو ما أصبح ممكنًا بفضل التقدم المستمر في قدرات الحوسبة، والتحسينات في برمجيات كاوست المخصصة، وجودة البيانات التي توفرها هيئة المساحة الجيولوجية السعودية. وبعد نجاح تجربة العيص، يخطط الطرفان لتوسيع نطاق التعاون. واختتم البروفيسور طارق الخليفة قائلاً "لدينا في كاوست شغف عميق بالعلوم، لكن دافعنا الأكبر هو توظيف العلم لصالح حياة الناس والمملكة. مثل هذا المشروع مع هيئة المساحة الجيولوجية السعودية يجسد طريقتنا في العمل. نعم، نحب أن نكون في المختبر، لكن أعظم شعور بالإنجاز هو عندما نرى أبحاثنا تتحول إلى قيمة حقيقية ملموسة".
