လွှစာမှုန့်များမှရရှိသည့် ကာဗွန်ကို အသုံးပြု၍ စွမ်းအင်သိုလှောင်မှု စနစ် တီထွင်ဖန်တီးခြင်း

လွှစာမှုန့် စူပါပါဝါ- သစ်သားစွန့်ပစ် ပစ္စည်းအသုံးပြုထားသည့် ဘက်ထရီသည် အကြိမ် ၁၀,၀၀၀ အားသွင်းပြီးသည့် နောက်တွင် စွမ်းရည် ၆၀ ရာခိုင်နှုန်းကို သိုလှောင်ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ပါသည်။

အဆိုပါစနစ်သည် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော လျှပ်ကူးပစ္စည်းများဖြင့် မြင့်မားသောစွမ်းအင်ကို သိုလှောင်ထားပြီး 700 Wh/kg တွင် 105 Wh/kg ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။

Basque Country (UPV/EHU) တက္ကသိုလ်မှ သုတေသီများသည် ထင်းရှူးပင် (Pinus radiata) ၏ စွန့်ပစ်ပစ္စည်း များမှရရှိသော ကာဗွန်ကို အသုံးပြု၍ ပိုမိုကောင်းမွန်သောစွမ်းဆောင်ရည်အတွက် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းနည်းပညာနှင့် လျှပ်စစ်နှစ်ထပ်အလွှာ လျှပ်ကူးပစ္စည်း (Capacitor (EDLC)) တည်ဆောက်မှုတို့ကို ပေါင်းစပ်ထားသည့် ပေါင်းစပ် လျှပ်ကူးပစ္စည်း (Hybrid supercapacitor) ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ 

လီသီယမ်-အိုင်းယွန်း capacitor တွင် စွန့်ပစ်ထားသော သစ်သားအမှုန်များနှင့် ပြုလုပ်ထားသည့် လျှပ်ကူးပစ္စည်း ပါ၀င်သောကြောင့် ရေရှည်တည်တံ့ပြီး ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော စွမ်းအင်သိုလှောင်မှု ဖြေရှင်းချက်တစ်ခုလည်း ဖြစ်ပါသည်။

စပိန်နိုင်ငံရှိ Basque ဒေသတွင် ဇီဝလောင်စာအရင်းအမြစ်များ ပေါများသဖြင့် သုတေတီအဖွဲ့သည် စွမ်းဆောင်ရည် မြင့်မားသော လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖန်တီးရန်အတွက် သဘာဝပတ်ဝန်းကျင်ကို ထိခိုက်မှုအနည်းဆုံးဖြစ်စေပြီး ဈေးနှုန်း သက်သာသော လုပ်ငန်းစဉ်များ ဆောင်ရွက်ရန် အသုံးပြုခဲ့ပါသည်။ ၎င်းတို့၏ တွေ့ရှိချက်များသည် ထိရောက်မှုရှိပြီး ဂေဟစနစ်သုံး စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုစနစ်များ ထုတ်လုပ်ရာတွင် ဇီဝလောင်စာအခြေခံပစ္စည်းများ၏ အသုံးဝင်ပုံကို မီးမောင်းထိုးပြခဲ့သည်။

သုတေသီများ၏ အဆိုအရ လွှစာမှုန့်များမှစွမ်းအင်သိုလှောင်မှုစနစ် တီထွင်ဖန်တီးခြင်းသည် စွမ်းအားမြင့် စွမ်းအင် သိုလှောင်မှုတွင် သဘာဝပတ်ဝန်းကျင် ထိခိုက်စေနိုင်မှုကို လျှော့ချနိုင်မည့် အခြားရွေးချယ်စရာများ (Greener Alternatives) အတွက် နည်းလမ်းတစ်ခုအဖြစ် လမ်းခင်းပေးနိုင်ပြီး သမားရိုးကျပစ္စည်းများအပေါ် မှီခိုအားထားမှုကို လျှော့ချကာ စွမ်းအားမြင့် စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုကဏ္ဍတွင်လည်း ရေရှည်တည်တံ့မှုကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပါသည်။

ဇီဝလောင်စာစွမ်းအင်သုံး လျှပ်ကူးပစ္စည်းများ (Biomass-powered capacitors)

ယနေ့ခေတ် လူ့အဖွဲ့အစည်း၏ စွမ်းအင်လိုအပ်ချက် မြင့်မားလာမှုကြောင့် ကမ္ဘာကြီးပူနွေးလာမှုကို မဖြစ်စေမည့် ရေရှည်တည်တံ့သော စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုရွေးချယ်စရာများ လိုအပ်လာပါသည်။ စွမ်းအင်သိုလှောင်ရာတွင် လစ်သီယမ်- အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများ (LIBs) နှင့် supercapacitor (SCs) တို့ကို အသုံးပြုမှု များပြားသော်လည်း၎င်းတို့တစ်ခုချင်းစီတွင် အားနည်းချက်များရှိပါသည်။ SCs များတွင် စွမ်းအင် မြင့်မားသော်လည်း လျင်မြန်စွာ အလိုအလျောက် အားလျော့သွားနိုင်ပြီး၊ LIBs များသည် စွမ်းအင်မြင့်မားသော်လည်း အချိန်ကြာလာသည်နှင့်အမျှ ပျက်စီးယိုယွင်းသွားနိုင်ပါသည်။

နည်းပညာနှစ်ခုကို ပေါင်းစပ်ထားသည့် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်း လျှပ်ကူးပစ္စည်းများ (LICs) သည် မြင့်မားသော စွမ်းအင်၊ ပါဝါနှင့် ကြာရှည်စွာ အသုံးပြုနိုင်မှုကို ပေးစွမ်းနိုင်သောကြောင့် ၎င်းတို့ကို လျှပ်စစ်ကားများနှင့် လေအားသုံးတာဘိုင် များတွင် အသုံးပြုရန်အတွက် အသင့်တော်ဆုံးဖြစ်ပါသည်။

လျှပ်ကူးပစ္စည်းရွေးချယ်မှုသည် LICs ၏ စွမ်းဆောင်ရည်အပေါ် သိသာသည့် သက်ရောက်မှုရှိပါသည်။ လျှပ်ကူးပစ္စည်းအတွက် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုနေသည့် ဂရပ်ဖိုက် (Graphite) သည် အဓိကကုန်ကြမ်းဒြပ်စင်ဖြစ်သော်လည်း သဘာဝပတ်ဝန်းကျင်အတွက် စျေးနှုန်းကြီးမြင့်ပါသည်။ ဘက်ထရီ အမတိုင် (Anode Material) အတွက် အသုံးပြုရသော မြင့်မားသည့် အပူချိန်တွင် Graphite အဖြစ်သို့ အလွယ်တကူမပြောင်းနိုင်သည့် (Hard Carbon)များ၊ မြင့်မားသည့် အပူချိန်တွင် Graphite အဖြစ်သို့ အလွယ်တကူပြောင်းနိုင်သည့် (Soft Carbon)များနှင့် နာနိုကာဗွန်များကဲ့သို့သော အခြားရွေးချယ်စရာများကို လျှပ်ကူးပစ္စည်းများအဖြစ် အသုံးပြုမည့် အလားအလာရှိသော်လည်း ၎င်းတို့၏ ကုန်ကျစရိတ် ကြီးမြင့်မှုနှင့် ရှုပ်ထွေးမှုများကြောင့် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုနိုင်ခြင်း မရှိပါ။

UPV/EHU အဖွဲ့သည် စပိန်နိုင်ငံ၊ Biscay ဒေသရှိ ပေါများပြီး ရေရှည်တည်တံ့သော အရင်းအမြစ်တစ်ခုဖြစ်သည့် ထင်းရှူးပင် (Pinus radiata) ၏ စွန့်ပစ်ပစ္စည်းများမှ ကာဗွန်ကို အသုံးပြု၍ ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော LIC ကို တီထွင် ခဲ့သည်။ ကုန်ကျစရိတ်ကြီးမားသည့် ဓာတုပစ္စည်းများ သို့မဟုတ် စွမ်းအင်အများအပြား သုံးစွဲရန်လိုအပ်သည့် လုပ်ငန်းစဉ်များအစား ဇီဝလောင်စာမှ ကာဗွန်အရင်းအမြစ်ကို အသုံးပြု၍ စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းကို ထုတ်လုပ်ခဲ့သည်။ 

“မိမိတို့အနေဖြင့် စွမ်းအင်ကို သိုလှောင်နိုင်ရန်အတွက် အသုံးပြုနိုင်မည့် ကုန်ပစ္စည်းအသစ်များကို တီထွင်နေပါကြောင်း၊ ပတ်ဝန်းကျင်ရှိ ထင်းရှူးပင်များ၏ သစ်သားအမှုန်အမွှားများမှ ကာဗွန်များကို လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖန်တီးရန်အတွက် ပြင်ဆင်ထားပြီး လက်သမားအလုပ်ရုံများတွင် အဆိုပါပစ္စည်းများကို အသုံးပြုကြပါကြောင်း” UPV/EHU မှ ကထိကနှင့် သုတေသနအဖွဲ့၏ အဖွဲ့ဝင်ဖြစ်သူ Idoia Ruiz de Larramendi က ထုတ်ပြန်ချက်တစ်ခုတွင် ဖော်ပြထားသည်။

ဂေဟစနစ်ကို ထိခိုက်မှုအနည်းဆုံးဖြစ်စေသည့် ဘက်ထရီများ (Eco-friendly Batteries)

ဘက်ထရီနှင့် Supercapacitors များသည် စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုအတွက် မရှိမဖြစ်လိုအပ်ပြီး တစ်ခုစီတွင် ထူးခြားသော အားသာချက်များရှိသည်။ Supercapacitors များသည် အချိန်တိုအတွင်း ကြီးမားသော စွမ်းအင်ထုတ်ပေးနိုင်မှု (Power Output) ရှိသော်လည်း ဘက်ထရီများသည် စွမ်းအင်ကို ပိုမိုထိန်းသိမ်းပေးသည်။ Supercapacitors များသည် ကြာရှည်စွမ်းအင်ထောက်ပံ့မှုအတွက် အသုံးပြုရန် သင့်တော်မှုမရှိသော်လည်း ၎င်းတို့သည် အမြန်စွမ်းအင် ထုတ်လွှတ်မှု လိုအပ်သော Application များအတွက် အသင့်တော်ဆုံးဖြစ်ပါသည်။

သုတေသနသည် နည်းပညာနှစ်ခုလုံး၏ အားသာချက်များကို ပေါင်းစပ်ထားသည့် ပေါင်းစပ် လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်း စက်ပစ္စည်းတစ်ခုကို ဖန်တီးခဲ့သည်။ ၎င်းပစ္စည်းသည် ဘက်ထရီကဲ့သို့ ပါဝါမြင့်မားသော စွမ်းအင်ကို သိမ်းဆည်းထား နိုင်ပြီး supercapacitor ၏ ကြံ့ခိုင်မှုနှင့် အားသွင်းမြန်ဆန်မှု အရည်အသွေးများလည်း ပါဝင်ပါသည်။ ဘက်ထရီနှင့် Supercapacitor အမျိုးအစားများ၏ လျှပ်ကူးပစ္စည်းကိုများ ပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့် အဆိုပါစက်ပစ္စည်း၏ စွမ်းဆောင်ရည် ကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။

ဇီဝလောင်စာအရင်းအမြစ်များမှ ဂရုတစိုက်ရွေးချယ်ထားသော ကာဗွန်အမျိုးအစား အမျိုးမျိုးကို လျှပ်ကူးပစ္စည်း ဖန်တီးရန် အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ ဇီဝလောင်စာအားလုံးသည် စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုအတွက် သင့်လျော်သည့် ကာဗွန်ကို ပေးနိုင်ခြင်းမရှိသော်လည်း ရလဒ်များက ထင်းရှူးပင် (insignis pine) မှရရှိသော ကာဗွန်၏ထိရောက်မှုကို သက်သေ ပြနိုင်ခဲ့ပါသည်။

လျှပ်ကူးပစ္စည်းတစ်ခုသည် Hard carbon နှင့် အခြား Activated carbon တို့ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားကြောင်း သုတေသီများက တွေ့ရှိခဲ့သည်။ ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော ပေါင်းထည့်ပစ္စည်းများ (cost-effective additives) ကို အသုံးပြုပြီး ဓာတုတုံ့ပြန်မှုပြုလုပ်မည့် သီးခြားအပူချိန် (synthesis temperatures) 700°C အောက်ကို ထိန်းသိမ်းထားသည့် ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ရေရှည်တည်တံ့မှုနှင့် ကုန်ကျစရိတ်သက်သာမှုတို့ကို ဦးစားပေးထားသည်။

ယခု တီထွင်လိုက်သည့် ပုံစံအသစ်တွင် တူညီသောကာဗွန်ဖြင့်ဖွဲ့စည်းထားသည့် အဖိုဓာတ်ရှိသောလျှပ်ကူးပစ္စည်း (Positive Electrode) သည် ကြီးမားသောမျက်နှာပြင်ဧရိယာရှိပြီး အမဓာတ်ရှိသောလျှပ်ကူးပစ္စည်း (Negative Electrode) သည် စျေးနှုန်းကြီးမားသော ဓာတုပစ္စည်းများ လိုအပ်ခြင်းမရှိဘဲ စွမ်းအင်များစွာကို သိမ်းဆည်းထားနိုင်သည်။ အဆိုပါ စနစ်သည် 700 W/kg တွင် 105 Wh/kg စွမ်းအင်ထောက်ပံ့ပေးနိုင်ပြီး အကြိမ် ၁၀,၀၀၀ အားသွင်းပြီးသည့်နောက်တွင် စွမ်းရည် ၆၀ ရာခိုင်နှုန်းကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သည်။

ယခုလေ့လာမှုသည် လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်း လျှပ်ကူးပစ္စည်း (Lithium-ion Capacitors) များအတွက် ကုန်ကျစရိတ် သက်သာပြီး ဂေဟစနစ်ကို ထိခိုက်မှုအနည်းဆုံးဖြစ်စေမည့် အစားထိုးရွေးချယ်မှုအဖြစ် ဒေသတွင်း ဇီဝလောင်စာ၏ အလားအလာကို ထောက်ပြထားသည်။ သုတေသီအဖွဲ့အနေဖြင့် ဇီဝလောင်စာမှရရှိသောပစ္စည်းများသည် စွမ်းအင်မြင့်မားသော စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုအတွက် အလားအလာရှိသောအခွင့်အလမ်းများကို ပေး ဆောင်ကြောင်း မီးမောင်းထိုးပြခဲ့ပြီး ရေရှည်တည်တံ့သောဖြေရှင်းချက်များဖြင့် စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုနည်းပညာများ ပိုမိုကောင်းမွန်လာစေရန် ဆက်လက်သုတေသနပြုရန် လိုအပ်ကြောင်းလည်း အလေးပေးဖော်ပြထားသည်။

သုတေတီအဖွဲ့၏ သုတေသန အသေးစိတ် စာတမ်းအား Power Sources ဂျာနယ်တွင် ထုတ်ဝေထားပြီးဖြစ်ပါသည်။

Source: https://interestingengineering.com/energy/sawdust-superpower-wood-waste-battery-breakthrough

(Interesting Engineering တွင် စာရေးသူ Jijo Malayil ရေးသားသည့် “Sawdust superpower: Wood waste battery retains 60% capacity after 10,000 cycles” အား အလွတ်သဘော ဘာသာပြန်ဆိုထားခြင်း ဖြစ်ပါသည်။)