محققان ایرانی پوشش‌های نانوکامپوزیتی آزمایشگاهی را سنتز کرده‌اند که در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارند و موجب بهبود عملکرد آن‌ها خواهند شد.
به گزارش مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، رشد و توسعه جوامع بشری همواره مستلزم تولید و مصرف انرژی بوده است. مصرف سوخت‌های فسیلی تجدید ناپذیر به‌عنوان منابع انرژی، به علت مشکلات زیست‌محیطی فراوان، هرگز جوابگوی بشر برای ادامه بقا، توسعه و تکامل نخواهد بود.
از سوی دیگر، رشد فزاینده بازار تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند، افزایش تقاضا برای ساخت و توسعه تجهیزات ذخیره انرژی را به دنبال داشته است. ابرخازن‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باطری‌های رایج امروزی باشند.
مهدی شبانی نوش آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و مجری طرح اظهار داشت: در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارایی و عملکرد آن‌ها بهینه شود.
وی خاطرنشان کرد: این پوشش نانوکامپوزیتی به کمک یک روش ارزان، آسان و سازگار با محیط سنتز شده است که تولید این پوشش‌ها در مقیاس صنعتی را در آینده امکان‌پذیر می کند؛ هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله‌ی تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آن‌ها در مقیاس‌های صنعتی باقی مانده است.
این محقق با مقایسه باطری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، اظهار داشت: هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه پایین آن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم، به‌عنوان یک چالش جدی مطرح است.
وی ادامه داد: این طرح در گام اول با هدف کاملاً پژوهشی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است، اما امیدواریم در ادامه با تلاش‌های روزافزون در سنتز نانوکامپوزیتهای مؤثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌ای بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم.
نوش آبادی عنوان کرد: در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزء گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزء پلیمری سنتز شده است. روند سنتر به‌صورت یک فرایند دومرحله‌ای بوده است.
وی ادامه داد: در مرحله اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن بر روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند. در مرحله‌ی دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای بر روی الکترود رسوب داده شده‌اند.
وی افزود: به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت شده بر روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌ای استفاده شده است.
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/گرافن دارای ظرفیت ویژه‌ی ۱۰۸۴ فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژه‌ی ۵۳.۱۲ وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژه‌ی ۵۰۰.۶۱وات بر کیلوگرم در چگالی جریان ۳.۲۲ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع بوده است. نکته حائز اهمیت این است که افت IR در نانوکامپوزیتها حتی در چگالی‌های جریان زیاد نیز قابل صرف‌نظر کردن است. ویژگی مذکور از مقاومت تماسی خیلی کم مواد تشکیل دهنده‌ی نانوکامپوزیت حکایت دارد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و فاطمه زاهدی دانشجوی مقطع دکترای این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله Electrochimica Acta با ضریب تأثیر ۴.۷۹۸ (جلد ۲۴۵، سال ۲۰۱۷، صفحات ۵۷۵ تا ۵۸۶) منتشر شده است.
- 15
- 5
