ساخت آزمایشگاهی ابرخازن هایی با ظرفیت بالا در ذخیره سازی انرژی

تهران- ایرنا- پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف در تحقیقات آزمایشگاهی خود موفق به ساخت ابرخازن‌هایی با استفاده از نانوساختارها شده‌اند كه دارای ظرفیت و انرژی قابل مقایسه با نمونه های تجاری مشابه اما پایداری مناسب تر است.

به گزارش روز سه شنبه ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این ابر خازن‌ها با عملكردی مشابه باتری، در قطعات الكترونیكی قابل حمل همچون تلفن همراه و وسایل حمل و نقل عمومی مانند قطارهای مترو و اتوبوس‏ های درون شهری كاربرد دارند.
رشد روز افزون فناوری های نوین و صنعتی شدن زندگی مردم، لزوم استفاده از قطعات الكترونیكی را در هر مكان و زمان ضروری ساخته است، به گونه ای كه امروزه، مردم از تجهیزات الكترونیكی در كلیه‌ فعالیت های اقتصادی و اجتماعی بهره می گیرند.
طراحی ابرخازن هایی برای ذخیره سازی انرژی با توان بالاتر و ظرفیت بیشتر، به منظور استفاده از وسایل الكترونیكی رایج در مدت زمان‌های طولانی تر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
به گفته محمد قربانی، در این كار تحقیقاتی سعی شده است تا با استفاده از نانوساختارها، كارایی بهتر در ذخیره‏سازی انرژی جهت استفاده در مدارهای الكترونیكی حاصل شود.
وی در خصوص اهمیت بهبود عملكرد این گونه ابرخازن ها گفت: یكی از بزرگترین معضلات در حوزه‌ ابرخازن‌ها پایداری سیستم ذخیره كننده‌ انرژی است. برای مثال، سلول خورشیدی در طول روز می ‏تواند انرژی خورشید را به انرژی الكتریكی تبدیل كند.
با بهره گیری از نانوپولك های كبالت اكسید در ابرخازن های طراحی شده در این طرح، این انرژی به صورت شیمیایی در سیستم ذخیره شده و در زمان نیاز با توان بالا به مدار باز می گردد.
محقق این طرح در ادامه با بیان دستاوردهای اجرای این طرح ادامه داد: ساخت این ابرخازن ها به روشی ساده و كم هزینه صورت گرفته است. افزایش پایداری و ظرفیت ذخیره انرژی در ابرخازن‌های تولید شده از دیگر مزیت‌های استفاده از نانوساختارهای كبالت اكسید در طراحی آنهاست.
قربانی با اشاره به نحوه‌ ساخت و عملكرد ویژه این نانوساختارها در طراحی ابر خازن‌های مذكور افزود: پس از سنتز و ساخت لایه كبالت فلزی ضخیم روی زیر لایه مس به روش رسوب الكتروشیمیایی، یك لایه متخلخل به همراه نانوپولك‏ های كبالت اكسید و/یا هیدروكسید تشكیل می شود به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و پخش یكنواخت نانوپولك های كبالت اكسید بر تمامی سطح الكترود ابرخازن ها، مسیرهای مناسبی برای انتقال حامل‏ های بار در الكترودهای تولید شده و همچنین، انتقال یون‌ها درون الكترولیت به وجود می آید.
وی گفت: در این فرآیند، یون‌ها در الكترولیت به درون خلل و فرج نفوذ كرده و با انجام واكنش شیمیایی منجر به تغییر فاز ماده‌ی فعال ابرخازن در سطح می ‏شوند. بدین ترتیب انتقال بار سریع و با مقاومت پایین از طریق نانوپولك‏ ها و همچنین لایه متخلخل، صورت می پذیرد.
وی در پایان با اشاره به ظرفیت بالای این طرح در تولید ابر خازنی 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 كرد.
محمد قربانی- دانشجوی دكترای فیزیك دانشگاه صنعتی شریف، دكتر علیرضا مشفق - عضو هیأت علمی دانشكده فیزیك و پژوهشكده نانو، دانشگاه صنعتی شریف و دكتر نعیمه ناصری - عضو هیأت علمی دانشكده فیزیك این دانشگاه- در انجام این طرح همكاری داشته‌اند.
نتایج این كار در مجله ACS Applied Materials & Interfaces به چاپ رسیده است.
علمی **1354**2017