تولید ابرخازن‌هایی با ظرفیت بالا در ذخیره‌سازی انرژی

به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، رشد روزافزون فناوری‌های نوین و صنعتی شدن زندگی مردم لزوم استفاده از سیستم‌های ذخیره‌ انرژی با ظرفیت بالاتر، وزن سبک‌تر و قیمت مناسب را ضروری ساخته است، به‌گونه‌ای که امکان استفاده از تجهیزات الکترونیکی در هر مکان و زمان میسر شود.

ازاین‌رو، طراحی ابرخازن‌هایی با ویژگی‌های مذکور از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه تحقیقات گسترده‌ای به‌منظور تولید ترکیباتی جدید جهت جایگزینی با مواد گران‌قیمتی همچون روتینیم اکسید به‌عنوان ابرخازن رایج در سرتاسر جهان صورت گرفته است.

علی احسانی، مجری این طرح، گفت: در این کار تحقیقاتی سعی شده است با ساخت مقرون‌ به‌ صرفه‌ نانوذرات سرامیکی، نانوکامپوزیت‌هایی پلیمری – سرامیکی مناسب جهت استفاده در ابرخازن‌هایی با کارایی بهتر تهیه شود.

وی در خصوص اهمیت اجرای این طرح گفت: تولید نانوذرات پایدار سرامیکی با درجه خلوص بالا و با روش‌های نوین و اقتصادی به دلیل کاربردهای ویژه در ساخت لیزرهای جامد و تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری ـ سرامیکی مورد استفاده در ابرخازن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

محقق این طرح در ادامه با بیان دستاوردهای اجرای این طرح خاطرنشان کرد: با سنتز نانوذرات «پودر ایتریم آلومینیوم گارنت خالص» به روش الکتروشیمیایی به‌عنوان یک ماده‌ سرامیکی پیشرفته‌ دوستدار محیط‌زیست، ساخت این ابرخازن‌ها به روشی ساده و کم‌هزینه صورت گرفته است.

به گفته وی، افزایش پایداری مکانیکی و ظرفیت ذخیره‌ی انرژی، وزن کم و انعطاف‌پذیری بالای ابرخازن‌های تولید شده از دیگر مزیت‌های استفاده از نانوذرات در طراحی آن‌هاست.

وی افزود: مزیت مهم روش الکتروشیمیایی به کار رفته، استفاده از شرایط دما و فشار معمولی است که سنتز نانوکامپوزیت را در مقیاس‌های صنعتی مقرون‌به‌صرفه می‌سازد. همچنین سنتز الکتروشیمیایی برخلاف سنتز شیمیایی به علت عدم استفاده از واکنشگرهای شیمیایی در فرایند اکسایش بر طبق استانداردهای جهانی، روشی سبز است.

احسانی خاطر نشان کرد: کاربرد این نانوکامپوزیت با توجه به بحران انرژی، در راستای گسترش استفاده از سیستم‌های انرژی غیر فسیلی و پاک می‌تواند بسیار مهم باشد.

وی با اشاره به نحوه‌ ساخت و عملکرد ویژه‌ نانوذرات در طراحی ابرخازن‌های مذکور افزود: ابتدا نانوذرات ایتریم آلومینیوم گارنت به روش پالس الکتروشیمیایی در دما و فشار معمولی سنتز شد و در مرحله‌ بعد نانوذرات سرامیکی سنتز شده به کمک امواج التراسونیک در محلول پیرول پخش شد.

وی با بیان اینکه سپس با روش ساده الکتروشیمیایی، پلیمر دارای نانوذرات سرامیکی به‌صورت فیلم نازک در سطح الکترود کار تشکیل می‌ شود،  ادامه داد: به دلیل نسبت سطح به حجم بالای نانوذرات و پخش یکنواخت آن‌ها بر تمامی سطح فیلم، فیلم تشکیل شده بر سطح الکترود هم‌سطح فعال بالایی دارد و به هم علت شرکت در فرایند اکسایش-احیا از دو طریق فارادیک و غیر فارادیک بار را ذخیره می‌کند.

وی افزود: پخش نانوساختارهای اکسید فلزی در بستر پلیمر، اتصالات فیلم را افزایش داده و استحکام مکانیکی قابل‌ملاحظه ای درطی چرخه‌های شارژ و تخلیه‌ متوالی ایجاد می‌کند؛ آزمون‌های الکتروشیمیایی از قبیل ولتامتری چرخه‌ای، شارژ – تخلیه‌ی متوالی، امپدانس الکتروشیمیایی و آزمون پایداری، قابلیت بالای نانوکامپوزیت تولیدی در استفاده به‌عنوان ابرخازن در سیستم‌های ذخیره کننده‌ انرژی را تأیید می‌کند.

احسانی عنوان کرد: این نانوکامپوزیت‌ها، در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارد. ابرخازن‌های تولیدشده دارای ظرفیت ذخیره‌ی انرژی بالا، قیمت تمام‌شده‌ی کمتر و قابلیت تولید ساده‌تر هستند.