افزایش ظرفیت ذخیره انرژی ابرخازن ها با فناوری نانو
یکی از بزرگ‌ترین مشکلات جامعه مدرن، تأمین کارآمد انرژی است. در حال حاضر نیروگاه‌های سوخت فسیلی بخش عمده انرژی موردنیاز شهرها را تولید می‌کنند که عامل اصلی نشر گازهای گلخانه‌ای و آلودگی‌های زیست محیطی هستند. اخیراً تلاش‌های قابل‌توجهی در توسعه شکل‌های تجدید پذیر انرژی مانند انرژی‌های هیدروالکتریک، خورشیدی، زمین گرمایی، باد و غیره صورت گرفته است، اما با فناوری‌های فعلی هیچ یک از منابع تجدیدپذیر انرژی به لحاظ اقتصادی توانایی جانشینی سوخت‌های فسیلی را ندارند. ازاین‌رو استفاده از وسایل ذخیره انرژی از جمله ابرخازن‌ها می‌تواند تا حدود زیادی استفاده از منابع طبیعی تأمین انرژی را توسعه دهد.
علی‌اصغر انصافی، مجری طرح، چگالی بالای انرژی و توان مناسب را به‌عنوان دو مزیت مهم ابرخازن‌ها معرفی کرد و افزود: روش مورد استفاده در این پژوهش جهت تولید الکترود به کار برده شده در ابرخازن‌ها، آسان، سریع، کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست است.
وی در رابطه با نقش فناوری نانو در این طرح اظهار داشت: در این پژوهش حفرات نانومتری با ساختار منظم بر روی سطح الکترودی از جنس فولاد زنگ نزن ایجاد شده و در ادامه نانوذرات مس- بیسموت اکسید بر روی این الکترود نشانده شده‌اند.
انصافی با بیان اینکه وجود حفرات نانومتری بر روی بستر فولادی منجر به افزایش سطح و در نتیجه افزایش تعداد مکان‌های فعال جهت قرارگیری نانوذرات بر روی سطح می شود، ادامه داد: رشد نانوذرات در سطح وسیع‌تر موجب بهبود پایداری و اندازه کوچک‌تر آن‌ها منجر به افزایش نفوذ یون‌ها و افزایش ظرفیت ابرخازن شده است.
این محقق در ادامه به ارائه توضیحات کامل‌تری در خصوص روند اجرای این طرح پرداخت: ابتدا به‌وسیله فرایند آندایزینگ، سطح الکترود از جنس فولاد زنگ نزن حفره‌دار شد؛ سپس نانوذرات مس- بیسموت اکسید با اعمال یک پتانسیل ثابت بر روی سطح این الکترود رسوب داده شدند. همچنین بعد از آن ساختار و مورفولوژی الکترود تولید شده با استفاده از روش‌هایی همچون XRD، EDX و میکروسکوپ الکترونی روبشی، مورد تأیید قرار گرفت.
به گفته وی، در نهایت خواص الکتروشیمیایی الکترود نیز به‌وسیله روش‌های ولتامتری چرخه‌ای، شارژ و تخلیه‌ی گالوانواستاتیک و طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی ارزیابی شد.
انصافی افزود: نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی حاکی از آن است که مقدار ظرفیت الکترود تولید شده ۶۷۴ فاراد بر گرم در چگالی جریان ۱ آمپر بر گرم بوده است که این الکترود پس از ۵۰۰ دوره شارژ و تخلیه، حدود ۸۰ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کردهو این نشان‌دهنده پایداری خوب این ترکیب است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های پروفسور علی‌اصغر انصافی و پروفسور بهزاد رضایی، اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و نجمه احمدی، دانشجوی دکترای این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله Journal of Alloys and Compounds (جلد ۶۵۲، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۹ تا ۴۷) به چاپ رسیده است.
