تلاش محققان ايراني براي افزايش طول عمر ابرخازن ها به كمك نانوذرات

به گزارش ايرنا از ستاد ويژه توسعه فناوري هاي نانو،خازن هاي الكتروشيميايي يا همان ابرخازن ها، سيستم هاي ذخيره انرژي هستند كه در مقابل باتري ها توان آزادسازي انرژي بالاتري داشته و نسبت به خازن ها در ذخيره ي انرژي عملكرد بهتري دارند.

با وجود تقاضاي زياد براي ساخت ابرخازن ها به كمك نانوساختارها، رسوب يون هاي 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 تيغه هاي الكترود ابرخازن استفاده شده است.

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

با نتايج بدست آمده مي توان جهت افزايش عمر چرخه هاي ابرخازن ها 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.

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

از اين رو، 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 ذخيره سازي انرژي هاي نو همچون انرژي خورشيد، باد و موج كاربردي خواهد بود.

رباط سرپوشي گفت:بهينه سازي تخلخل مواد به كار رفته در تيغه هاي ابرخازن، پس از چندين بار شارژ و تخليه ي شارژ مي تواند 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 روش هاي ولتامتري چرخه اي، طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفته است.

در آزمون هاي 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 دوره هاي شارژ و تخليه ي شارژ خازن، توسط رسوب گذاري زيركونيوم مسدود شده و ميزان ذخيره سازي انرژي و نسبت انرژي ذخيره شده در سطح داخلي به كل انرژي ذخيره شده را كاهش مي دهد.

علاوه بر اين، ساختار نانو متخلخل كربن سياه در حالي كه با افزايش سطح مخصوص ماده به افزايش انرژي ذخيره شده كمك مي كند، 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