به گزارش پایگاه خبری تحلیلی فناوری و نوآوری، محققان دانشگاه صنعت نفت آبادان، در طرحی که مورد تشویق ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری قرار گرفت، توانسته‌اند در راستای افزایش طول عمر ابرخازن ها تحقیقاتی صورت دهند تا چگونگی چیدمان آن‌ها در ساختار الکترود را بررسی کنند.
بر اساس این گزارش، خازن‌های الکتروشیمیایی یا همان ابرخازن‌ها، سیستم‌های ذخیره‌ی انرژی هستند که در مقابل باتری‌ها توان آزادسازی انرژی بالاتری داشته و نسبت به خازن‌ها در ذخیره‌ی انرژی عملکرد بهتری دارند. با وجود تقاضای زیاد برای ساخت ابرخازن‌ها به کمک نانوساختارها، رسوب یون‌های الکترولیت در منافذ نانومتری و کاهش کارایی ابرخازن، یک معضل بحث برانگیز است.
در این پژوهش تلاش شده دلایل کاهش عملکرد ابر خازن بررسی شود. همچنین از نانوذرات اکسید زیرکونیوم در کنار گرافن و کربن سیاه نانو متخلخل، جهت بهبود عملکرد تیغه‌های الکترود ابرخازن استفاده شده است.
به گفته‌ی مهندس مهدی رباط سرپوشی، در راستای این هدف، تأثیر حضور نانوذرات و چیدمان آن‌ها و اثر یون الکترولیت بر عملکرد الکترود مورد مطالعه قرار گرفته است. با نتایج به دست آمده می‌توان جهت افزایش عمر چرخه‌های ابرخازن‌ها گام برداشت. لازم به ذکر است که در ساخت این الکترود، از فرایند پرس مکانیکی، به عنوان روشی سریع و آسان، بهره گرفته شده است.
وی توضیح داد: ابرخازن‌ها در صنایع مختلفی که نیازمند توان بالای برق هستند، کاربرد دارد. از این‌رو، نتایج این طرح در ساخت لیزرهای توان بالا، منبع نیروی خودروهای هیبریدی و الکتریکی، حدف نواسانات خطوط فشار قوی توزیع نیرو الکتریکی در صنایع برق قدرت و همچنین ذخیره‌سازی انرژی‌های نو همچون انرژی خورشید، باد و موج کاربردی خواهد بود.
رباط سرپوشی عنوان کرد: بهینه‌سازی تخلخل مواد به کار رفته در تیغه‌های ابرخازن، پس از چندین بار شارژ و تخلیه‌ی شارژ می‌تواند منجر به نزول آهنگ کاهشی سطح فعال و توان ابرخازن شود.
وی در ادامه افزود: همان‌گونه که اشاره شد، به منظور افزایش سطح مخصوص الکترود از ترکیب نانو ذرات اکسید زیرکونیوم در کنار گرافن و کربن سیاه نانو متخلخل استفاده شده است. ابرخازن طراحی شده به کمک روش‌های ولتامتری چرخه‌ای، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
این محقق توضیح داد: در آزمون‌های انجام شده مشخص شدد که اکسید زیرکونیوم پس از چندین دوره شارژ و تخلیه‌ی شارژ، بر سطح الکترود رسوب کرده و همین امر به کاهش سطح مخصوص الکترود و در نتیجه کاهش انرژی قابل ذخیره منجر خواهد شد. با محاسبات انجام گرفته، اگر سطوح الکترود تولیدی به دو قسمت داخلی (داخل حفرات) و خارجی (سطوح بیرون از حفرات) تقسیم شود، سطوح داخلی با افزایش تعداد دوره‌های شارژ و تخلیه‌ی شارژ خازن، توسط رسوب‌گذاری زیرکونیوم مسدود شده و عملاً میزان ذخیره سازی انرژی و نسبت انرژی ذخیره شده در سطح داخلی به کل انرژی ذخیره شده را کاهش می‌دهد.
علاوه بر این، ساختار نانو متخلخل کربن سیاه در حالی که با افزایش سطح مخصوص ماده به افزایش انرژی ذخیره شده کمک می‌کند، اما به دلیل مساعد بودن برای جوانه زنی رسوب گذاری الکترولیت در نواحی متخلخل، پس از چندین سیکل به کم کردن سطح فعال و کاهش توان الکترود منجر خواهد شد.
نتایج این کار در مجله‌ی Materials Science in Semiconductor Processing (جلد 30، شماره 1، سال 2015، صفحات 625 تا 630) به چاپ رسیده است. دکتر محمد رضا شیشه ساز، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعت نفت، مهندس مهدی نصیبی، کارشناس ارشد مهندسی بازرسی فنی، مهندس مهدی رباط سرپوشی، کارشناس ارشد بازرسی فنی از همین دانشگاه، مهندس محمد رضا برهانی، کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه مالک اشتر، و پروفسور زکی احمد، عضو هیأت علمی دانشگاه COMSATS پاکستان، در این طرح همکاری داشته‌اند.
علاقه‌مندان برای استفاده از حمایت تشویقی ستاد توسعه و فناوری نانو می‌توانند به صفحه حمایت تشویقی مقالات ISI مراجعه کنند.
