ذخيره‌سازي انرژي با نانوكامپوزيت‌هاي پليمري – سراميكي
به گزارش ستاد ويژه توسعه فناوري نانو رياست جمهوري،رشد روزافزون فناوري‌هاي نوين و صنعتي شدن زندگي مردم لزوم استفاده از سيستم‌هاي ذخيره انرژي با ظرفيت بالاتر، وزن سبك‌تر و قيمت مناسب را ضروري ساخته است، به‌گونه‌اي كه امكان استفاده از تجهيزات الكترونيكي در هر مكان و زمان ميسر شود.
طراحي ابرخازن‌هايي با ويژگي‌هاي مذكور از اهميت بالايي برخوردار است. امروزه تحقيقات گسترده‌اي به‌منظور توليد تركيباتي جديد جهت جايگزيني با مواد گران‌قيمتي همچون روتينيم اكسيد به‌عنوان ابرخازن رايج در سرتاسر جهان صورت گرفته است.
دكتر علي احساني محقق دانشگاه قم، گفت: در اين كار تحقيقاتي سعي شده است با ساخت مقرون به‌صرفه نانوذرات سراميكي، نانوكامپوزيت‌هايي پليمري – سراميكي مناسب جهت استفاده در ابرخازن‌هايي با كارايي بهتر تهيه شود.
احساني در خصوص اهميت اجراي اين طرحافزود: توليد نانوذرات پايدار سراميكي با درجه خلوص بالا و با روش‌هاي نوين و اقتصادي به دليل كاربردهاي ويژه در ساخت ليزرهاي جامد و توليد نانوكامپوزيت‌هاي پليمري – سراميكي مورد استفاده در ابرخازن‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
عضو هيات علمي دانشگاه قم با بيان دستاوردهاي اجراي اين طرح خاطرنشان كرد: با سنتز نانوذرات پودر ايتريم آلومينيوم گارنت خالص به روش الكتروشيميايي به‌عنوان يك ماده سراميكي پيشرفته دوستدار محيط زيست، ساخت اين ابرخازن‌ها به روشي ساده و كم‌هزينه صورت گرفته است.
به گفته وي افزايش پايداري مكانيكي و ظرفيت ذخيره‌ي انرژي، وزن كم و انعطاف‌پذيري بالاي ابرخازن‌هاي توليد شده از ديگر مزيت‌هاي استفاده از نانوذرات در طراحي آن‌هاست.
مزيت مهم روش الكتروشيميايي به كار رفته، استفاده از شرايط دما و فشار معمولي است كه سنتز نانوكامپوزيت را در مقياس‌هاي صنعتي مقرون‌به‌صرفه مي‌سازد. همچنين سنتز الكتروشيميايي برخلاف سنتز شيميايي به علت عدم استفاده از واكنشگرهاي شيميايي در فرايند اكسايش بر طبق استانداردهاي جهاني، روشي سبز است. كاربرد اين نانوكامپوزيت با توجه به بحران انرژي، در راستاي گسترش استفاده از سيستم‌هاي انرژي غير فسيلي و پاك مي‌تواند بسيار مهم باشد.
احساني با اشاره به نحوه ساخت و عملكرد ويژه نانوذرات در طراحي ابرخازن‌هاي مذكور افزود: ابتدا نانوذرات ايتريم آلومينيوم گارنت به روش پالس الكتروشيميايي در دما و فشار معمولي سنتز گرديد و در مرحله بعد نانوذرات سراميكي سنتز شده به كمك امواج التراسونيك در محلول پيرول پخش شد.
مجري اين طرح ادامه داد: با روش ساده الكتروشيميايي، پليمر داراي نانوذرات سراميكي به‌صورت فيلم نازك در سطح الكترود كار تشكيل مي شود. به دليل نسبت سطح به حجم بالاي نانوذرات و پخش يكنواخت آن‌ها بر تمامي سطح فيلم، فيلم تشكيل شده بر سطح الكترود هم‌سطح فعال بالايي دارد و به همين علت شركت در فرايند اكسايش-احيا از دو طريق فاراديك و غير فاراديك بار را ذخيره مي‌كند. احساني افزود: پخش نانوساختارهاي اكسيد فلزي در بستر پليمر، اتصالات فيلم را افزايش داده و استحكام مكانيكي قابل‌ملاحظه اي درطي چرخه‌هاي شارژ و تخليه متوالي ايجاد مي‌كند. آزمون‌هاي الكتروشيميايي از قبيل ولتامتري چرخه‌اي، شارژ – تخليه‌ي متوالي، امپدانس الكتروشيميايي و آزمون پايداري، قابليت بالاي نانوكامپوزيت توليدي در استفاده به‌عنوان ابرخازن در سيستم‌هاي ذخيره كننده انرژي را تأييد مي‌كند.
دكتر علي احساني – عضو هيأت علمي دانشگاه قم- حميد محمد شيري – عضو هيأت علمي دانشگاه پيام نور كرمان- و دكتر جواد شعباني – پژوهشگر مركز تحقيقات پروتئين دانشگاه شهيد بهشتي- در انجام اين طرح همكاري داشته‌اند. نتايج اين كار در مجله RSC Advances(جلد 5، سال 2015، صفحات 91062 تا 91068) به چاپ رسيده است.
