ابرخازن ها جایگزینی مناسب برای باتری های رایج امروزی
به گزارش سیناپرس به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو 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 باتری‌های رایج امروزی باشند.
به گفته دکتر مهدی شبانی نوش آبادی محقق دانشگاه کاشان، در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارایی و عملکرد آن‌ها بهینه شود.
وی افزود: 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 می‌نماید. هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آن‌ها در مقیاس‌های صنعتی باقی مانده است.
این محقق با مقایسه باتری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، اظهار داشت: هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه پایین آن‌ها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم، به‌عنوان یک چالش جدی مطرح است.
شبانی 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 نانوکامپوزیت های 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.
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. در مرحله اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن بر روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند.
در مرحله دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای بر روی الکترود رسوب داده شده‌اند. 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.
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 4.798 (جلد 245، سال 2017، صفحات 575 تا 586) منتشر شده است.
