افزایش انرژی ابرخازن‌ها با استفاده از فناوری نانو

محققان باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد اسلامی تهران در تحقیقات آزمایشگاهی ابرخازن‌هایی ساخته‌اند که با وجود اندازه‌ بسیار کوچک، می‌توانند انرژی قابل ‌مقایسه‌ای با باتری‌های لیتیومی در خود ذخیره کنند.

کد خبر: ۱۹۴۵۲۴

تاریخ: ۱۹ دی ۱۳۹۶ - ۰۸:۴۰

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری، ابرخازن‌ها یکی از سیستم‌های ذخیره انرژی هستند که در چند سال اخیر به دلیل توانایی منحصر به فردشان در شارژ سریع (در حد چند ثانیه) با جریان بالا، توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. اما مهمترین مشکل بر سر راه توسعه‌ ابرخازن‌ها، انرژی پایین آن‌هاست. با توجه به توان بالا و نیز عمر چرخه‌ای بسیار زیاد ابرخازن‌ها، درصورتی‌که مشکل انرژی کمتر آن‌ها نسبت به باتری‌ها حل شود، بدون شک جای باتری‌ها را خواهند گرفت. در این صورت دیگر نیازی نخواهد بود که برای شارژ موبایل، لپ تاپ و یا حتی اتومبیل های برقی، ساعت ها منتظر ماند.
به گفته‌ سید ابراهیم موسوی فرد پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکز، در این تحقیق، به کمک فناوری نانو و به روشی ساده، کره‌هایی چندلایه و توخالی با لایه‌هایی نانومتخلخل که متضمن مساحت سطح زیادی هستند، از فسفید مس و کبالت سنتز شده و کارایی آن در زمینه ساخت ابرخازن مورد بررسی قرار گرفته است.
وی عنوان کرد: ابرخازن ساخته شده از این ماده (با توجه به ویژگی‌های ساختاری منحصربه‌فرد آن) می‌تواند انرژی قابل‌ مقایسه با باتری‌های لیتیومی در خود ذخیره کند. این ابرخازن اگرچه کوچک‌تر از یک بند انگشت است، اما به‌راحتی توانسته است در مرحله‌ پایلوت، انرژی 32 عدد LED آبی‌رنگ ( V3/2) که به‌صورت BPJ (مخفف باشگاه پژوهشگران جوان) آرایش یافته‌اند را تأمین نماید.
عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکز افزود: از آنجایی که کارایی انواع حسگرها، کاتالسیت‌ها، نانو راکتورها، پیل‌های سوختی، باتری‌ها و ابرخازن‌ها شدیداً تحت تأثیر شکل و ویژگی‌های ریزساختاری مواد تشکیل دهنده آن‌هاست، لذا طراحی و ارائه روشی ساده و ارزان قیمت برای تولید نانوساختارهایی از این قبیل با ساختاری منحصربه‌فرد و نانومتخلخل در حوزه‌های ذکر شده بسیار حائز اهمیت است.
موسوی فرد در ادامه عنوان کرد: افزون بر مورد ساخت ابرخازن‌ها، کره‌های توخالی، چندلایه و نانومتخلخل فسفید کبالت و مس تولید شده در این تحقیق به‌طور مستقیم در حوزه پزشکی و دارویی (جهت طراحی و ساخت سیستم‌های رهایش دارو، بایوحسگرها، نانو‌‌رآکتورها)، حوزه انرژی (جهت ساخت پیل‌های سوختی، باتری‌ها) و صنایع شیمیایی (حسگرها، کاتالیست‌ها و فتوکاتالیست‌ها) نیز کارایی دارد.
در این تحقیق از آزمون‌های XPS و XRD برای تأیید سنتز فسفید کبالت و مس ، BET برای تأیید ساختار نانومتخلخل ماده سنتز شده و از میکروسکوپ‌های SEM و TEM برای تأیید مورفولوژی کره‌های توخالی چندلایه استفاده شده است. در بخش بررسی مشخصات ابرخازنی نیز از آزمون‌های الکتروشیمیایی شامل CV، CD، Rate capability و Cyclic life و EIS استفاده شده است.
این کار تحقیقاتی از همکاری دکتر سید ابراهیم موسوی فرد- عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکز- سعید کمری- کارشناس ارشد فیزیک از دانشگاه تربیت مدرس- جواد شمسی- عضو مؤسسه تحقیقاتی IIT ایتالیا- و دکتر علی باکویی- عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس- حاصل شده است. نتایج این کار در مجله Materials Chemistry A با ضریب تأثیر 8/9 (جلد 5، سال 2017، صفحات 18429 تا 18433)چاپ شده است.