ساخت ابرخازن‌هایی با ظرفیت بالا در ذخیره سازی انرژی

پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف در تحقیقات آزمایشگاهی خود موفق به ساخت ابرخازن‌هایی با استفاده از نانوساختارها شده‌اند که دارای ظرفیت و انرژی قابل مقایسه با نمونه‌های تجاری مشابه اما پایداری مناسبتر است.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، رشد روزافزون فناوری‌های نوین و صنعتی شدن زندگی مردم، لزوم استفاده از قطعات الکترونیکی را در هر مکان و زمان ضروری ساخته است، به گونه‌ای که امروزه، مردم از تجهیزات الکترونیکی در کلیه‌ فعالیت‌های اقتصادی، اجتماعی و ... بهره می‌گیرند. از این‌رو، طراحی ابرخازن‌هایی برای ذخیره سازی انرژی با توان بالاتر و ظرفیت بیشتر به منظور استفاده از وسایل الکترونیکی رایج در مدت زمان‌های طولانی‌تر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

به گفته‌ محمد قربانی مجری طرح، 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 ابرخازن‌ها گفت: «یکی از بزرگترین معضلات در حوزه‌ ابرخازن‌ها 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 نانوپولک‌های کبالت اکسید در ابرخازن‌های طراحی شده در این طرح، این انرژی به صورت شیمیایی در سیستم ذخیره شده و در زمان نیاز با توان بالا به مدار باز می‌گردد.»

محقق این طرح در ادامه با بیان دستاوردهای اجرای این طرح ادامه داد: «ساخت این ابرخازن‌ها به روشی ساده و کم هزینه صورت گرفته است. افزایش پایداری و ظرفیت ذخیره‌ انرژی در ابرخازن‌های تولید شده از دیگر مزیت‌های استفاده از نانوساختارهای کبالت اکسید در طراحی آن‌هاست.»

قربانی با اشاره به نحوه‌ ساخت و عملکرد ویژه‌ این نانوساختارها در طراحی ابرخازن‌های مذکور افزود: «پس از سنتز و ساخت لایه کبالت فلزی ضخیم روی زیر لایه مس به روش رسوب الکتروشیمیایی، یک لایه متخلخل به همراه نانوپولک‏‌های کبالت اکسید و/یا هیدروکسید تشکیل می‌شود. به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و پخش یکنواخت نانوپولک های کبالت اکسید بر تمامی سطح الکترود ابرخازن‌ها، مسیرهای مناسبی برای انتقال حامل‏‌های بار در الکترودهای تولید شده و همچنین، انتقال یون‌ها درون الکترولیت به وجود می آید.

در این فرآیند، یون‌ها در الکترولیت به درون خلل و فرج نفوذ کرده و با انجام واکنش شیمیایی منجر به تغییر فاز ماده‌ فعال ابرخازن در سطح می‌شوند. بدین ترتیب انتقال بار سریع و با مقاومت پایین از طریق نانوپولک‏‌ها و همچنین لایه متخلخل، صورت می پذیرد.»

وی در پایان با اشاره به ظرفیت بالای این طرح در تولید ابرخازنی 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 داشته‌اند.

نتایج این کار در مجله ACS Applied Materials & Interfaces (جلد 21، شماره 7، سال 2015، صفحات 11172 تا 11179) به چاپ رسیده است.

منبع :