توسعه ابرخازن‌های انعطاف‌پذیر برای نسل آینده تجهیزات پوشیدنی و انرژی‌های تجدیدپذیر
پژوهشی تازه در دانشگاه صنعتی شریف منجر به طراحی و ساخت نوعی ابرخازن انعطاف‌پذیر شده است که می‌تواند در حوزه‌های صنعتی، تجهیزات پوشیدنی، و سامانه‌های انرژی پاک مانند توربین‌های بادی و سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد.
به گزارش خبرگزاری سینا، در این طرح، الکترودهایی نوین بر پایه‌ی منسوجات رسانای نیکل و کبالت سولفید، پلی‌آنیلین و اکسید منگنز در کنار نانوالیاف کربنی دوپ‌شده با نیتروژن و گوگرد توسعه یافته‌اند تا ظرفیت ذخیره‌ی انرژی و دوام چرخه‌ای خازن به شکل چشمگیری افزایش یابد. این پروژه در قالب طرح پسادکتری «زهرا کرمی» و با راهنمایی دکتر «سعید شاهرخیان دهکردی» اجرا شده و گامی مهم در مسیر ساخت وسایل ذخیره انرژی سبک، منعطف و پایدار به‌شمار می‌رود—ابزاری کلیدی برای دنیای الکترونیک پوشیدنی و فناوری‌های نوین انرژی.
در جریان یک طرح پژوهشی در دانشگاه صنعتی شریف، گروهی از محققان موفق شدند ابرخازن‌های هیبرید انعطاف‌پذیر بسازند که از ترکیب منسوجات رسانا و نانومواد پیشرفته شکل گرفته‌اند. این ابرخازن‌ها با کارایی بالا و وزن کم، می‌توانند در تجهیزات پوشیدنی، ادوات پزشکی، سامانه‌های صنعتی و حتی نیروگاه‌های بادی و خورشیدی به‌عنوان منبع ذخیره انرژی به کار گرفته شوند.
زهرا کرمی، پژوهشگر پسادکتری مهندسی شیمی نساجی از دانشگاه صنعتی اصفهان و مجری این طرح، توضیح داد که افزایش استفاده از تجهیزات پوشیدنی و قابل حمل در حوزه‌هایی مانند پزشکی، ورزش، صنایع نظامی و الکترونیک، نیاز به منابع ذخیره انرژی سبک و منعطف را بیش از پیش آشکار کرده است. به گفته او، سامانه‌های مرسوم ذخیره انرژی به‌دلیل وزن زیاد، حجم بالا و نبود انعطاف‌پذیری، برای چنین کاربردهایی مناسب نیستند و همین مسئله انگیزه‌ای شد تا محققان به سراغ طراحی بسترهای جدید بروند.
کرمی افزود: «در این پژوهش از منسوجات رسانا به عنوان بستر اصلی استفاده شد، زیرا این مواد علاوه بر سبکی و انعطاف‌پذیری مکانیکی، دارای ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا هستند و می‌توانند با مواد الکتروفعال پوشش داده شوند. در میان منسوجات مختلف، نمدهای ساخته‌شده از الیاف کربن به‌دلیل رسانایی الکتریکی بالا و پایداری مکانیکی مناسب، گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت الکترود محسوب می‌شوند.»
این پژوهشگر توضیح داد که ابرخازن‌های طراحی‌شده در این طرح از نوع تمام‌جامد (solid-state) هستند و در مقایسه با نمونه‌های مرسوم، مزایایی همچون چگالی توان بالا، نرخ شارژ و دشارژ سریع، ایمنی بیشتر و انعطاف‌پذیری فیزیکی دارند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای استفاده در وسایل الکترونیکی پوشیدنی، از جمله مانیتورهای سلامت، حسگرهای زیستی، پوست‌های الکترونیکی و تلفن‌های همراه پوشیدنی مناسب می‌سازد.
هدف اصلی این پروژه، به گفته کرمی، بهبود عملکرد خازنی الکترودهای نمد کربنی بوده است. در این مسیر، با القای خاصیت شبه‌خازنی و استفاده از روش‌های ساده، سریع و مقرون‌به‌صرفه، الکترودهایی با ظرفیت بالا و پایداری الکتروشیمیایی قابل توجه تولید شد. این الکترودها در ساخت ابرخازن‌های انعطاف‌پذیر تمام‌جامد به کار رفتند که از نظر دانسیته انرژی، بازه‌ی پتانسیل و دوام چرخه‌ای عملکردی فراتر از نمونه‌های رایج دارند.
به گفته‌ی محققان، فناوری توسعه‌یافته در این طرح می‌تواند زمینه‌ساز تولید انبوه سامانه‌های ذخیره انرژی قابل حمل در مقیاس صنعتی باشد. ابرخازن‌های جدید نه‌تنها قابلیت استفاده در ابزارهای پوشیدنی را دارند، بلکه می‌توانند در سامانه‌های بزرگ‌تر مانند توربین‌های بادی، پنل‌های خورشیدی و سامانه‌های ذخیره انرژی پاک نیز نقش‌آفرینی کنند. توسعه‌ی چنین فناوری‌هایی گامی مهم در مسیر گذار به انرژی‌های سبز و سامانه‌های هوشمند پوشیدنی محسوب می‌شود.
