ساخت ابرخازن هایی با ظرفیت بالا در ذخیره سازی انرژی

به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، رشد روزافزون فناوری های نوین و صنعتی شدن زندگی مردم، لزوم استفاده از قطعات الکترونیکی را در هر مکان و زمان ضروری ساخته است، به گونه ای که امروزه، مردم از تجهیزات الکترونیکی در کلیه‌ فعالیت های اقتصادی، اجتماعی و ... بهره می گیرند. از این‌رو، طراحی ابرخازن هایی برای ذخیره سازی انرژی با توان بالاتر و ظرفیت بیشتر، به منظور استفاده از وسایل الکترونیکی رایج در مدت زمان‌های طولانی تر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

محمد قربانی،یکی از محققان این طرح گفت: در این کار تحقیقاتی سعی شده تا با استفاده از نانوساختارها، کارایی بهتر در ذخیره‏ سازی انرژی جهت استفاده در مدارهای الکترونیکی حاصل شود. وی در خصوص اهمیت بهبود عملکرد این گونه ابرخازن ها گفت: یکی از بزرگترین معضلات در حوزه‌ ابرخازن‌ها پایداری سیستم ذخیره کننده‌ انرژی است. برای مثال، سلول خورشیدی در طول روز می ‏تواند انرژی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

وی افزود: با بهره گیری از نانوپولک های کبالت اکسید 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. قربانی با بیان دستاوردهای اجرای این طرح ادامه داد: ساخت این ابرخازن ها به روشی ساده و کم هزینه صورت گرفته است. افزایش پایداری و ظرفیت ذخیره‌ی انرژی در ابرخازن‌های تولید شده از دیگر مزیت‌های استفاده از نانوساختارهای کبالت اکسید در طراحی آن‌هاست.

وی با اشاره به نحوه‌ ساخت و عملکرد ویژه‌ این نانوساختارها در طراحی ابر خازن‌های مذکور افزود: پس از سنتز و ساخت لایه کبالت فلزی ضخیم روی زیر لایه مس به روش رسوب الکتروشیمیایی، یک لایه متخلخل به همراه نانوپولک‏ های کبالت اکسید یا هیدروکسید تشکیل می‏ شود. به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و پخش یکنواخت نانوپولک های کبالت اکسید بر تمامی سطح الکترود ابرخازن ها، مسیرهای مناسبی برای انتقال حامل‏ های بار در الکترودهای تولید شده و همچنین، انتقال یون‌ها درون الکترولیت به وجود می آید.

وی ادامه داد: در این فرآیند، یون‌ها در الکترولیت به درون خلل و فرج نفوذ کرده و با انجام واکنش شیمیایی منجر به تغییر فاز ماده‌ فعال ابرخازن در سطح می ‏شوند. بدین ترتیب انتقال بار سریع و با مقاومت پایین از طریق نانوپولک‏ ها و همچنین لایه متخلخل، صورت می پذیرد.

وی 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 کرد. به گفته وی، این ابر خازن‌ها با عملکردی مشابه باتری، در قطعات الکترونیکی قابل حمل همچون تلفن همراه و وسایل حمل و نقل عمومی مانند قطارهای مترو و اتوبوس‏ های درون شهری کاربرد دارند.

محمد قربانی، دانشجوی دکترای فیزیک دانشگاه صنعتی شریف، دکتر علیرضا مشفق، عضو هیات علمی دانشکده فیزیک و پژوهشکده نانو، دانشگاه صنعتی شریف و دکتر نعیمه ناصری، عضو هیات علمی دانشکده فیزیک این دانشگاه در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله ACS Applied Materials & Interfaces (جلد ۲۱، شماره ۷، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۱۱۷۲ تا ۱۱۱۷۹) به چاپ رسیده است.