ساخت ابرخازن نانوساختاری دوست‌دار محیط زیست
به گزارش شبکه خبری ایران ۲۴ از از بنیاد ملی علم ایران (INSF)، شهرام قاسمی‌میر با مدرک دکتری تخصصی شیمی - شیمی تجزیه از دانشگاه تربیت مدرس درباره این طرح توضیح داد: افزایش تقاضای انرژی به‌دلیل رشد سریع جمعیت، افزایش استاندارد‌های زندگی، محدود بودن منابع سوخت‌های فسیلی و آلودگی شدید محیط زیست، دانشمندان را بیش‌ازپیش به سمت طراحی و ساخت سیستم‌های تبدیل و ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر سوق داده است.
وی گفت: ازآنجایی‌که سیستم‌های تبدیل انرژی عملکردی آنی دارند، وجود یک سیستم ذخیره‌کننده در کنار آنها حائز اهمیت است. در میان سیستم‌های ذخیره انرژی الکتریکی، ابرخازن‌ها محدوده وسیعی از چگالی توان و انرژی را شامل می‌شوند که کامل‌کننده خواص باتری‌ها و خازن‌های مرسوم است.
این محقق و پژوهشگر گفت: ازجمله مزایای ابرخازن‌ها می‌توان به ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی بالا، چگالی انرژی و توان بالا، پر و تخلیه شدن سریع و پایداری چرخه‌ای طولانی آنها اشاره کرد. الکترود‌ها نقش بسیار مهمی در عملکرد ابرخازنی دارند. ازاین‌رو در این طرح، با بهره‌گیری از بستر مقرون‌به‌صرفه فوم نیکل و اصلاح آن با نانوچندسازه‌ای از نانوساختار کربنی و چارچوب فلز-آلی، ابرخازنی با کارایی بالا ساخته شد.
وی افزود: بدین منظور، پس از طراحی ساختارها، ویژگی‌های آنها توسط مدل‌سازی‌های رایانه‌ای ارزیابی شد. در ادامه، این ترکیبات در آزمایشگاه تهیه شده و به عنوان ماده الکترود ابرخازن تحت بررسی‌های ساختاری و الکتروشیمیایی قرار گرفت و در نهایت، پس از بهینه‌سازی مؤلفه‌های مختلف، نمونه ابرخازن آزمایشگاهی ساخته شده است.
این محقق و پژوهشگر ادامه داد: مطالعات نظری رایانه‌ای و پژوهش‌های عملی آزمایشگاهی انجام شده در اجرای این طرح نشان داد که نانومواد کربنی به‌دلیل مساحت سطح بالا، هدایت الکتریکی قابل توجه و پایداری فیزیکی و شیمیایی بسیار زیاد، ازجمله گزینه های‌ایده‌آل در طراحی الکترود‌های سیستم‌های ابرخازنی محسوب می‌شوند.
قاسمی‌میر افزود: چارچوب‌های فلز-آلی نیز به‌دلیل خواص منحصر‌به‌فرد خود نظیر تخلخل بالا، انعطاف‌پذیری ساختاری، مساحت سطح بالا و حفرات با عامل‌های قابل تغییر، ظرفیت بسیار بالایی جهت استفاده به‌عنوان مواد الکترودی در ذخیره انرژی الکتریکی دارند. بر این اساس نانوچندسازه‌ای از نانومواد کربنی و چارچوب‌های فلز-آلی می‌تواند با تجمیع مشخصه‌های ذکر شده، کارایی بالایی در ذخیره بار در ابرخازن‌ها داشته باشد.
وی ادامه داد: نمونه ابرخازن تهیه شده در این پژوهش ظرفیت ویژه بسیار بالا، مقاومت الکتریکی بسیار اندک، چگالی انرژی و چگالی توان مناسب را در کنار پایداری چرخه‌ای خوب ارائه داد.
این محقق و پژوهشگر تأکید کرد: در این مسیر، هزینه ساخت پایین، روش ساخت آسان و استفاده از مواد اولیه در دسترس و دوست‌دار محیط زیست نیز در دستور کار قرار داشت.
