ایتنا- پژوهشگران دانشگاه کاشان 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 به‌عنوان 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 آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باتری‌های رایج امروزی باشند.


پژوهشگران دانشگاه کاشان تلاش کردند تا با بهره‌گیری از فناوری نانو، در جهت افزایش عمر و کارایی ابرخازن ها گام بردارند. دکتر مهدی شبانی نوش آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان در این باره اظهار کرد: 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 کرد: 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، به‌عنوان 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 مؤثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌ای بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه‌ بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم.

شبانی نوش آبادی تصریح کرد: در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزء گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزء پلیمری سنتز شده است. روند سنتر به‌صورت یک فرایند دومرحله‌ای بوده است. در مرحله‌ اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن بر روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند. در مرحله‌ دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای بر روی الکترود رسوب داده شده‌اند. به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت شده بر روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌ای استفاده شده است.

عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان تصریح کرد: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده 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 ۵۰۰.۶۱ وات 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 تشکیل دهنده‌ نانوکامپوزیت حکایت دارد.

نتایج این تحقیقات که حاصل تلاش‌های دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی، عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و فاطمه زاهدی، دانشجوی مقطع دکترای این دانشگاه است، در مجله‌ Electrochimica Acta با ضریب تأثیر ۴.۷۹۸ منتشر شده است.