ستاد نانو| محققان ایرانی پوشش‌های نانوکامپوزیتی آزمایشگاهی را سنتز کرده‌اند که در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارند و موجب بهبود عملکرد آنها خواهند شد.
رشد و توسعه جوامع بشری همواره مستلزم تولید و مصرف انرژی بوده است. مصرف سوخت‌های فسیلی تجدید‌ناپذیر به عنوان منابع انرژی، به علت مشکلات زیست‌محیطی فراوان، هرگز جوابگوی بشر برای ادامه بقا، توسعه و تکامل نخواهد بود.
از سوی دیگر، رشد فزاینده بازار تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند، افزایش تقاضا برای ساخت و توسعه تجهیزات ذخیره انرژی را به دنبال داشته است. ابرخازن‌ها در آینده‌یی نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باتری‌های رایج امروزی باشند.
مهدی شبانی نوش‌آبادی، عضو هیات علمی دانشگاه کاشان و مجری طرح اظهار داشت: در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارایی و عملکرد آنها بهینه شود.
وی 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 می‌کند؛ هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آنها در مقیاس‌های صنعتی باقی مانده است.
این محقق با مقایسه باتری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، اظهار داشت: هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه پایین آنها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم، به عنوان یک چالش جدی مطرح است.
وی ادامه داد: این طرح در گام اول با هدف کاملاً پژوهشی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است، اما امیدواریم در ادامه با تلاش‌های روزافزون در سنتز نانوکامپوزیت‌های موثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌یی بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری‌برداریم.
نوش آبادی عنوان کرد: در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزو گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزو پلیمری سنتز شده است. روند سنتر به‌صورت یک فرایند دومرحله‌یی بوده است.
وی ادامه داد: در مرحله اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن روی الکترود کربن شیشه‌یی سنتز شده‌اند. در مرحله دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌یی روی الکترود رسوب داده شده‌اند.
وی افزود: به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت شده روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌یی استفاده شده است.
بر اساس نتایج به دست آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/گرافن دارای ظرفیت ویژه ۱۰۸۴ فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژه ۵۳. ۱۲ وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژه ۵۰۰. ۶۱وات بر کیلوگرم در چگالی جریان ۳. ۲۲ 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 تشکیل‌دهنده نانوکامپوزیت حکایت دارد.
