استفاده از فناوری نانو در بهبود توان و انرژی ابرخازن‌ها

محققان کشورمان با بهره‌گیری از فناوری نانو موفق شدند خواص مهم ابرخازن‌ها از جمله توان، انرژی و عمر مفید آن‌ها را افزایش دهند. نتایج این تحقیقات در حوزه پزشکی، اطلاعات و انرژی قابل کاربرد خواهد بود.

کد خبر: ۱۱۸۷۲۰۴

تاریخ: ۱۹ آذر ۱۳۹۳ - ۰۹:۵۷

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) امروزه با افزایش روزافزون مصرف انرژی و کاهش منابع سوخت‌های فسیلی، تحقیقات بر روی منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر مثل باتری‌ها، پیل‌های سوختی و ابرخازن‌ها بسیار گسترش یافته است. در این میان، ابرخازن‌ها به دلیل زمان شارژ کم، توان بالا و عمر چرخه‌ای طولانی، توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند. از این‌رو، در این کار تحقیقاتی تلاش محققان در راستای بهبود خواصی چون ظرفیت، انرژی، توان و عمر چرخه‌ای ابرخازنی از جنس نیکل مولیبدات، با بهره‌گیری از ساختارهای بسیار منظم نانومتخلخل بوده است.

به گفته‌ سید ابراهیم موسوی فرد، یکی از مشکلات عمده بر سر راه توسعه ابرخازن‌ها، انرژی پایین آن‌هاست. در این تحقیق با استفاده از ساختارهای نانومتخلخل نیکل مولیبدات انرژی ابرخازن به مقدار بسیار بالایی (117 وات ساعت بر کیلوگرم) افزایش یافته است. توان و عمر چرخه‌ای این ابرخازن نیز به دلیل ساختار نانومتخلخل به کار رفته بهبود قابل توجهی داشته است. در نتیجه، ساختارهای بسیار منظم نانومتخلخل نیکل مولیبدات به عنوان یک ماده فعال با کارایی بسیار بالا برای استفاده در ابرخازن‌ها قابل استفاده است.

وی در ادامه افزود: «انرژی بالا باعث افزایش مدت زمان تخلیه شارژ ابرخازن خواهد شد. مثلاً فرض کنید تخلیه شارژ گوشی موبایل به‌جای 2 روز، یک هفته طول بکشد. توان بالا باعث کوتاه‌تر شدن زمان شارژ خواهد شد؛ با این خاصیت امکان شارژ موبایل به جای 3 ساعت، در 5 دقیقه نیز وجود خواهد داشت. عمر چرخه‌ای طولانی نیز به معنای طولانی‌تر شدن عمر مفید ابرخازن بعد از هزاران بار شارژ شدن و تخلیه شارژ است.»

از جمله کاربردهای ابرخازن‌ها می‌توان به ساخت تجهیزات پزشکی، خودروهای الکتریکی، مایکروویو، توربین‌های بادی و به صورت کلی هر صنعتی که نیازمند جریان بالای الکتریکی در مقاطع زمانی کوتاه باشند، اشاره کرد.

در این تحقیق برای سنتز ساختارهای بسیار منظم نانومتخلخل از مزوپروس سیلیکاتی SBA-15 به عنوان قالب استفاده شده است. در بخش شناسایی از آزمون‌های مختلفی چون XRD، TEM، BET و BJH برای اثبات سنتز ماده با مشخصات مورد نظر بهره گرفته شده است. همچنین در بخش ارزیابی خواص ابرخازنی نیز آزمون‌های الکتروشیمیایی شامل CV، CD، Rate capability و Cyclic lifeانجام شده است.

با توجه به نتایج ارزیابی خواص ابرخازنی، این ساختار نانومتخلخل کارایی بسیار بالاتری نسبت به نمونه بدون تخلخل از خود نشان می‌دهد. موسوی فرد در توضیح این ویژگی افزود: «هر چه مساحت سطح در ابرخازن‌ها افزایش یابد، مقدار ماده بیشتری در معرض الکترولیت قرار گرفته و در نتیجه کارایی آن افزایش خواهد یافت. مطالعات متعدد نشان داده‌ که کارایی ساختارهای منظم بسیار بالاتر از ساختارهای نامنظم است. از این‌رو موادی مانند نیکل مولیبدات با ساختارهای بسیار منظم نانومتخلخل را می‌توان به عنوان گزینه بسیار مناسب جهت استفاده در ابرخازن‌ها به شمار آورد.»

نتایج این تحقیقات در مجله Ceramics International (جلد 41، شماره 1، قسمت B، سال 2015، صفحات 1831 تا 1837) به چاپ رسیده و حاصل همکاری سید ابراهیم موسوی فرد، عضو باشگاه پژوهشگران جوان و دانشجوی دکترای شیمی دانشگاه تربیت مدرس، جواد شمسی، دانش‌آموخته دانشگاه تهران، و مجتبی عیاض پور، دانش‌آموخته دانشگاه علم و صنعت ایران، است.