عمر باطری بی‌نهایت می‌شود
به گزارش سیناپرس و به نقل از روابط‌عمومی ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پژوهشگران دانشگاه کاشان تلاش کردند تا با بهره‌گیری از فناوری نانو، در جهت افزایش عمر و کارآیی ابرخازن‌ها گام بردارند. این محققان پوشش‌های نانوکامپوزیتی آزمایشگاهی را سنتز کرده‌اند که در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارند و موجب بهبود عملکرد آن‌ها خواهند شد. ابرخازن‌ها در آینده جای باطری‌های مرسوم یون لیتیوم را خواهند گرفت.
رشد و توسعه جوامع بشری همواره مستلزم تولید و مصرف انرژی بوده است. مصرف سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر به‌عنوان منابع انرژی، به علت مشکلات زیست‌محیطی فراوان، هرگز جوابگوی بشر برای ادامه بقا، توسعه و تکامل نخواهد بود. از طرف دیگر، رشد فزایندهۀ بازار تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند، افزایش تقاضا برای ساخت و توسعه تجهیزات ذخیره انرژی را به دنبال داشته است. ابرخازن‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باطری‌های رایج امروزی باشند.
به گفته دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان، در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارآیی و عملکرد آن‌ها بهینه شود.
او توضیح داد: «این پوشش نانوکامپوزیتی به کمک یک روش ارزان، آسان و سازگار با محیط سنتز شده است که تولید این پوشش‌ها در مقیاس صنعتی را در آینده امکان‌پذیر می‌نماید. هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آن‌ها در مقیاس‌های صنعتی باقی مانده است.»
این محقق با مقایسه باطری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، گفت: «هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه پایین آن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم، به‌عنوان یک چالش جدی مطرح است.»
دکتر شبانی نوش‌آبادی افزود: « این طرح در گام اول با هدف کاملاً پژوهشی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است، اما امیدواریم در ادامه با تلاش‌های روزافزون در سنتز نانوکامپوزیت‌های مؤثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌ای بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه بالاتر، در مسیر کاربردی‌کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم.»
در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزء گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزء پلیمری سنتز شده است. روند سنتز به‌صورت یک فرآیند دومرحله‌ای بوده است. در مرحله اول با استفاده از یک فرآیند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند. در مرحله دوم، پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای روی الکترود رسوب داده شده است. به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت‌شده روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌ای استفاده شده است.
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/گرافن دارای ظرفیت ویژه 1084 فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژۀ 53.12 وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژۀ 500.61 وات بر کیلوگرم در چگالی جریان 3.22 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع بوده است. نکته حائز اهمیت این است که افت IR در نانوکامپوزیت‌ها حتی در چگالی‌های جریان زیاد نیز قابل صرف‌نظرکردن است. ویژگی گفته‌شده از مقاومت تماسی خیلی کم مواد تشکیل دهنده نانوکامپوزیت حکایت دارد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و فاطمه زاهدی، دانشجوی مقطع دکترای این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله Electrochimica Acta با ضریب تأثیر 4.798 (جلد 245، سال 2017، صفحات 575 تا 586) منتشر شده است.
کلید واژه ها: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری - عمر باطری - ابرخازن - نانوکامپوزیت ها - دانشگاه کاشان -
