ژوهشگران دانشگاه کاشان با بهره گیری از فناوری نانو،در جهت افزایش عمر و کارایی ابرخازن هاگام برداشتند

پژوهشگران دانشگاه کاشان تلاش کردند تا با بهره‌گیری از فناوری نانو، در جهت افزایش عمر و کارایی ابرخازن ها گام بردارند.

این محققان پوشش‌های نانوکامپوزیتی آزمایشگاهی را سنتز کرده‌اند که در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارند و موجب بهبود عملکرد آن‌ها خواهند شد.

عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان گفت:  در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارایی و عملکرد آن‌ها بهینه شود.

دکتر مهدی شبانی نوش آبادی خاطرنشان کرد: این پوشش نانوکامپوزیتی به کمک یک روش ارزان، آسان و سازگار با محیط سنتز شده است که تولید این پوشش‌ها در مقیاس صنعتی را در آینده امکان‌پذیر می‌نماید. هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله‌ی تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آن‌ها در مقیاس‌های صنعتی باقی ‌مانده است.

این محقق با مقایسه‌ی باطری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، اظهار داشت: هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه‌ی بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه‌ی پایین آن‌ها در مقایسه با باطری‌های یون لیتیوم، به‌عنوان یک چالش جدی مطرح است.

وی با اشاره به اینکه این طرح در گام اول با هدف کاملاً پژوهشی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است اظهار امیدواری کرد: در ادامه با تلاش‌های روزافزون در سنتز نانوکامپوزیتهای مؤثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌ای بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه‌ی بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم.

دکتر شبانی افزود: در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزء گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزء پلیمری سنتز شده است.

وی با بیان اینکه  روند سنتر به‌صورت یک فرایند دومرحله‌ای بوده است خاطر نشان کرد: در مرحله‌ی اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن بر روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اندو در مرحله‌ی دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای بر روی الکترود رسوب داده شده‌اند.

عضو هیات علمی دانشگاه کاشان افزود: به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت شده بر روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است وهمچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌ای استفاده شده است.

وی خاطر نشان کرد: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/گرافن دارای ظرفیت ویژه‌ی 1084 فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژه‌ی 53.12 وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژه‌ی 500.61وات بر کیلوگرم در چگالی جریان 3.22 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع بوده است. نکته حائز اهمیت این است که افت IR در نانوکامپوزیتها حتی در چگالی‌های جریان زیاد نیز قابل صرف‌نظر کردن است. ویژگی مذکور از مقاومت تماسی خیلی کم مواد تشکیل دهنده‌ی نانوکامپوزیت حکایت دارد.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- و فاطمه زاهدی- دانشجوی مقطع دکترای این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله‌ی Electrochimica Acta با ضریب تأثیر 4.798 (جلد 245، سال 2017، صفحات 575 تا 586) منتشر شده است.