في ظل التوجه العالمي المتسارع نحو اعتماد مصادر الطاقة النظيفة، يبرز الهيدروجين الأخضر كخيار استراتيجي لتخزين ونقل الطاقة المتجددة. ومع ذلك، ما زال إنتاجه بكفاءة عالية وبتكلفة معقولة يمثل تحدياً كبيراً، خاصة في ظل الاعتماد على محفزات باهظة مثل البلاتين.

في هذا السياق، برزت دراسة علمية قدمها فريق بحثي مشترك من الجامعة الدولية الخاصة للعلوم والتكنولوجيا والجامعة الأمريكية في الشارقة وجامعة الشارقة، تحت عنوان:

“تخليق سهل عبر الطحن الكروي للبنى الرغوية من النحاس والنيكل المعززة بالجرافين للتحليل الكهربائي المدفوع بالطاقة الكهروضوئية”، حيث نجح الفريق في تطوير أقطاب كهربائية فعالة ومنخفضة التكلفة باستخدام بنى رغوية معدنية من النحاس والنيكل، مغطاة بطبقات من الجرافين، ومصنعة بطريقة بسيطة تعتمد على طحن الكرات في خطوة واحدة فقط.

تُتيح هذه الطريقة القابلة للتوسيع إمكانية تخليق وترسيب الجرافين قليل الطبقات مباشرة على ركائز معدنية مسامية، دون الحاجة إلى عمليات حرارية معقدة أو استخدام مواد كيميائية خطرة. وقد تم توصيف الأقطاب الكهربائية المنتَجة بدقة من حيث الخصائص الهيكلية، الكهروكيميائية، والبصرية، مما أكد نجاح عملية دمج الجرافين.

وقد أظهرت تحاليل رامان الطيفية نجاح ترسيب طبقات رقيقة من الجرافين على أسطح البنية الرغوية المعدنية، حيث تلتصق رقائق الجرافين بشكل جيد بفضل التصادمات الميكانيكية الناتجة عن عملية الطحن، مما يسهم في تحسين خشونة السطح، وانغمار الرقائق، وزيادة التلامس بين السطوح.

وكشفت اختبارات الأداء الكهروكيميائي لتفاعل تطور الهيدروجين (HER) عن تحسن ملحوظ في الكفاءة التحفيزية مع ترسيب الجرافين؛ حيث انخفض منحدر تافل(Tafel slope) بنسبة 2.4% في حالة البنية الرغوية من النحاس، وبنسبة 5% في حالة البنية الرغوية من النيكل. وتُعزى هذه التحسينات إلى زيادة مساحة السطح، وتحسين التوصيلية الكهربائية، وارتفاع كثافة المواقع النشطة الناتجة عن تغليف الجرافين.

وتؤكد نتائج هذه الدراسة إمكانية دمج الهياكل النانوية للجرافين مع  بنى رغاوي معدنية مسامية لإنتاج أقطاب كهربائية عالية الأداء ومنخفضة التكلفة لأنظمة التحليل الكهربائي الكهروضوئي. مما يسهم في تعزيز تقنيات إنتاج الهيدروجين المستدامة والقابلة للتوسع، ويدعم التوجه نحو تبني حلول الطاقة الخضراء على نطاق واسع.

وفي الختام، تُبرز هذه الدراسة جدوى استخدام أقطاب من بنى رغوات معدنية مطلية بالجرافين في فصل الماء الكهروكيميائي، خاصة تحت تأثير تفاعل تطور الهيدروجين (HER)، حيث تم تصنيع الجرافين وترسيبه بطريقة صديقة للبيئة وقابلة للتطبيق الصناعي، من خلال عملية طحن كرات بسيطة ومباشرة.

الجدير بالذكر أن نتائج هذه الدراسة نُشرت في مجلة International Journal of Hydrogen Energy، المصنفة ضمن أفضل 10% من المجلات العلمية على مستوى العالم.