ذخیرهسازی انرژی با نانوکامپوزیتهای پلیمری – سرامیکی
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری،رشد روزافزون فناوریهای نوین و صنعتی شدن زندگی مردم لزوم استفاده از سیستمهای ذخیره انرژی با ظرفیت بالاتر، وزن سبکتر و قیمت مناسب را ضروری ساخته است، بهگونهای که امکان استفاده از تجهیزات الکترونیکی در هر مکان و زمان میسر شود.
طراحی ابرخازنهایی با ویژگیهای مذکور از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه تحقیقات گستردهای بهمنظور تولید ترکیباتی جدید جهت جایگزینی با مواد گرانقیمتی همچون روتینیم اکسید بهعنوان ابرخازن رایج در سرتاسر جهان صورت گرفته است.
دکتر علی احسانی محقق دانشگاه قم، گفت: در این کار تحقیقاتی سعی شده است با ساخت مقرون بهصرفه نانوذرات سرامیکی، نانوکامپوزیتهایی پلیمری – سرامیکی مناسب جهت استفاده در ابرخازنهایی با کارایی بهتر تهیه شود.
احسانی در خصوص اهمیت اجرای این طرحافزود: تولید نانوذرات پایدار سرامیکی با درجه خلوص بالا و با روشهای نوین و اقتصادی به دلیل کاربردهای ویژه در ساخت لیزرهای جامد و تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری – سرامیکی مورد استفاده در ابرخازنها از اهمیت ویژهای برخوردار است.
عضو هیات علمی دانشگاه قم با بیان دستاوردهای اجرای این طرح خاطرنشان کرد: با سنتز نانوذرات پودر ایتریم آلومینیوم گارنت خالص به روش الکتروشیمیایی بهعنوان یک ماده سرامیکی پیشرفته دوستدار محیط زیست، ساخت این ابرخازنها به روشی ساده و کمهزینه صورت گرفته است.
به گفته وی افزایش پایداری مکانیکی و ظرفیت ذخیرهی انرژی، وزن کم و انعطافپذیری بالای ابرخازنهای تولید شده از دیگر مزیتهای استفاده از نانوذرات در طراحی آنهاست.
مزیت مهم روش الکتروشیمیایی به کار رفته، استفاده از شرایط دما و فشار معمولی است که سنتز نانوکامپوزیت را در مقیاسهای صنعتی مقرونبهصرفه میسازد. همچنین سنتز الکتروشیمیایی برخلاف سنتز شیمیایی به علت عدم استفاده از واکنشگرهای شیمیایی در فرایند اکسایش بر طبق استانداردهای جهانی، روشی سبز است. کاربرد این نانوکامپوزیت با توجه به بحران انرژی، در راستای گسترش استفاده از سیستمهای انرژی غیر فسیلی و پاک میتواند بسیار مهم باشد.
احسانی با اشاره به نحوه ساخت و عملکرد ویژه نانوذرات در طراحی ابرخازنهای مذکور افزود: ابتدا نانوذرات ایتریم آلومینیوم گارنت به روش پالس الکتروشیمیایی در دما و فشار معمولی سنتز گردید و در مرحله بعد نانوذرات سرامیکی سنتز شده به کمک امواج التراسونیک در محلول پیرول پخش شد.
مجری این طرح ادامه داد: با روش ساده الکتروشیمیایی، پلیمر دارای نانوذرات سرامیکی بهصورت فیلم نازک در سطح الکترود کار تشکیل می شود. به دلیل نسبت سطح به حجم بالای نانوذرات و پخش یکنواخت آنها بر تمامی سطح فیلم، فیلم تشکیل شده بر سطح الکترود همسطح فعال بالایی دارد و به همین علت شرکت در فرایند اکسایش-احیا از دو طریق فارادیک و غیر فارادیک بار را ذخیره میکند. احسانی افزود: پخش نانوساختارهای اکسید فلزی در بستر پلیمر، اتصالات فیلم را افزایش داده و استحکام مکانیکی قابلملاحظه ای درطی چرخههای شارژ و تخلیه متوالی ایجاد میکند. آزمونهای الکتروشیمیایی از قبیل ولتامتری چرخهای، شارژ – تخلیهی متوالی، امپدانس الکتروشیمیایی و آزمون پایداری، قابلیت بالای نانوکامپوزیت تولیدی در استفاده بهعنوان ابرخازن در سیستمهای ذخیره کننده انرژی را تأیید میکند.
دکتر علی احسانی – عضو هیأت علمی دانشگاه قم- حمید محمد شیری – عضو هیأت علمی دانشگاه پیام نور کرمان- و دکتر جواد شعبانی – پژوهشگر مرکز تحقیقات پروتئین دانشگاه شهید بهشتی- در انجام این طرح همکاری داشتهاند. نتایج این کار در مجله RSC Advances(جلد 5، سال 2015، صفحات 91062 تا 91068) به چاپ رسیده است.
