تلاش محققان ايراني براي افزايش طول عمر ابرخازن‌ها به كمك نانوذرات

به گزارش ايرنا از ستاد ويژه توسعه فناوري هاي نانو،خازن‌هاي الكتروشيميايي يا همان ابرخازن‌ها، سيستم‌هاي ذخيره‌‌ انرژي هستند كه در مقابل باتري‌ها توان آزادسازي انرژي بالاتري داشته و نسبت به خازن‌ها در ذخيره‌‌ي انرژي عملكرد بهتري دارند.

با وجود تقاضاي زياد براي ساخت ابرخازن‌ها به كمك نانوساختارها، رسوب يون‌هاي الكتروليت در منافذ نانومتري و كاهش كارايي ابرخازن، يك معضل بحث برانگيز است.

در اين پژوهش تلاش شده دلايل كاهش عملكرد ابر خازن بررسي شود. همچنين از نانوذرات اكسيد زيركونيوم در كنار گرافن و كربن سياه نانو متخلخل، جهت بهبود عملكرد تيغه‌هاي الكترود ابرخازن استفاده شده است.

به گفته‌ مهندس مهدي رباط سرپوشي، در راستاي اين هدف، تأثير حضور نانوذرات و چيدمان آن‌ها و اثر يون الكتروليت بر عملكرد الكترود مورد مطالعه قرار گرفته است.

با نتايج بدست آمده مي‌توان جهت افزايش عمر چرخه‌هاي ابرخازن‌ها گام برداشت.

لازم به ذكر است كه در ساخت اين الكترود، از فرايند پرس مكانيكي، به عنوان روشي سريع و آسان، بهره گرفته شده است.

ابرخازن‌ها در صنايع مختلفي كه نيازمند توان بالاي برق هستند، كاربرد دارد.

از اين‌رو، نتايج اين طرح در ساخت ليزرهاي توان بالا، منبع نيروي خودروهاي هيبريدي و الكتريكي، حدف نواسانات خطوط فشار قوي توزيع نيرو الكتريكي در صنايع برق قدرت و همچنين ذخيره‌سازي انرژي‌هاي نو همچون انرژي خورشيد، باد و موج كاربردي خواهد بود.

رباط سرپوشي گفت:بهينه‌سازي تخلخل مواد به كار رفته در تيغه‌هاي ابرخازن، پس از چندين بار شارژ و تخليه‌ي شارژ مي‌تواند منجر به نزول آهنگ كاهشي سطح فعال و توان ابرخازن شود.

وي افزود: به منظور افزايش سطح مخصوص الكترود از تركيب نانو ذرات اكسيد زيركونيوم در كنار گرافن و كربن سياه نانو متخلخل استفاده شده است. ابرخازن طراحي شده به كمك روش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي، طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفته است.

در آزمون‌هاي انجام شده مشخص شد كه اكسيد زيركونيوم پس از چندين دوره شارژ و تخليه‌ شارژ، بر سطح الكترود رسوب نموده و همين امر به كاهش سطح مخصوص الكترود و در نتيجه كاهش انرژي قابل ذخيره منجر خواهد شد. با محاسبات انجام گرفته، اگر سطوح الكترود توليدي به دو قسمت داخلي (داخل حفرات) و خارجي (سطوح بيرون از حفرات) تقسيم شود، سطوح داخلي با افزايش تعداد دوره‌‌هاي شارژ و تخليه‌ي شارژ خازن، توسط رسوب‌گذاري زيركونيوم مسدود شده و ميزان ذخيره سازي انرژي و نسبت انرژي ذخيره شده در سطح داخلي به كل انرژي ذخيره شده را كاهش مي‌دهد.

علاوه بر اين، ساختار نانو متخلخل كربن سياه در حالي كه با افزايش سطح مخصوص ماده به افزايش انرژي ذخيره شده كمك مي‌كند، اما به دليل مساعد بودن براي جوانه زني رسوب گذاري الكتروليت در نواحي متخلخل، پس از چندين سيكل به كم كردن سطح فعال و كاهش توان الكترود منجر خواهد شد.

نتايج اين كار در مجله Materials Science in Semiconductor Processing به چاپ رسيده است.

علمي **1354**1440