ساخت آزمایشگاهی ابرخازن هایی با ظرفیت بالا در ذخیره سازی انرژی
این ابر خازن ها با عملکردی مشابه باتری، در قطعات الکترونیکی قابل حمل همچون تلفن همراه و وسایل حمل و نقل عمومی مانند قطارهای مترو و اتوبوس های درون شهری کاربرد دارند.
رشد روز افزون فناوری های نوین و صنعتی شدن زندگی مردم، لزوم استفاده از قطعات الکترونیکی را در هر مکان و زمان ضروری ساخته است، به گونه ای که امروزه، مردم از تجهیزات الکترونیکی در کلیه فعالیت های اقتصادی و اجتماعی بهره می گیرند.
طراحی ابرخازن هایی برای ذخیره سازی انرژی با توان بالاتر و ظرفیت بیشتر، به منظور استفاده از وسایل الکترونیکی رایج در مدت زمان های طولانی تر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
به گفته محمد قربانی، در این کار تحقیقاتی سعی شده است تا با استفاده از نانوساختارها، کارایی بهتر در ذخیرهسازی انرژی جهت استفاده در مدارهای الکترونیکی حاصل شود.
وی در خصوص اهمیت بهبود عملکرد این گونه ابرخازن ها گفت: یکی از بزرگترین معضلات در حوزه ابرخازن ها پایداری سیستم ذخیره کننده انرژی است. برای مثال، سلول خورشیدی در طول روز می تواند انرژی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.
با بهره گیری از نانوپولک های کبالت اکسید در ابرخازن های طراحی شده در این طرح، این انرژی به صورت شیمیایی در سیستم ذخیره شده و در زمان نیاز با توان بالا به مدار باز می گردد.
محقق این طرح در ادامه با بیان دستاوردهای اجرای این طرح ادامه داد: ساخت این ابرخازن ها به روشی ساده و کم هزینه صورت گرفته است. افزایش پایداری و ظرفیت ذخیره انرژی در ابرخازن های تولید شده از دیگر مزیت های استفاده از نانوساختارهای کبالت اکسید در طراحی آنهاست.
قربانی با اشاره به نحوه ساخت و عملکرد ویژه این نانوساختارها در طراحی ابر خازن های مذکور افزود: پس از سنتز و ساخت لایه کبالت فلزی ضخیم روی زیر لایه مس به روش رسوب الکتروشیمیایی، یک لایه متخلخل به همراه نانوپولک های کبالت اکسید و/یا هیدروکسید تشکیل می شود به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و پخش یکنواخت نانوپولک های کبالت اکسید بر تمامی سطح الکترود ابرخازن ها، مسیرهای مناسبی برای انتقال حامل های بار در الکترودهای تولید شده و همچنین، انتقال یون ها درون الکترولیت به وجود می آید.
وی گفت: در این فرآیند، یون ها در الکترولیت به درون خلل و فرج نفوذ کرده و با انجام واکنش شیمیایی منجر به تغییر فاز ماده ی فعال ابرخازن در سطح می شوند. بدین ترتیب انتقال بار سریع و با مقاومت پایین از طریق نانوپولک ها و همچنین لایه متخلخل، صورت می پذیرد.
وی در پایان با اشاره به ظرفیت بالای این طرح در تولید ابر خازنی شبیه باتری با انرژی، توان و قیمت مناسب، نسبت به سرمایه گذاری جهت تولید انبوه ابرخازن ساخته شده، با تجمیع و بسته بندی مناسب به صورت تجاری، ابراز امیدواری کرد.
محمد قربانی- دانشجوی دکترای فیزیک دانشگاه صنعتی شریف، دکتر علیرضا مشفق – عضو هیأت علمی دانشکده فیزیک و پژوهشکده نانو، دانشگاه صنعتی شریف و دکتر نعیمه ناصری – عضو هیأت علمی دانشکده فیزیک این دانشگاه- در انجام این طرح همکاری داشته اند.
نتایج این کار در مجله ACS Applied Materials & Interfaces به چاپ رسیده است.
