افزایش عمر باطری‌ به بی‌نهایت با کمک پوشش نانوکامپوزیت

علمی پژوهشی
Print Friendly, PDF & Email

مرجع پلیمر در بازار ایران: 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. ابرخازن‌ها در آینده جای باطری‌های مرسوم یون لیتیم را خواهند گرفت.

 باطری
رشد و توسعه‌ی جوامع بشری همواره مستلزم تولید و مصرف انرژی بوده است. مصرف سوخت‌های فسیلی تجدید ناپذیر به‌عنوان منابع انرژی، به علت مشکلات زیست‌محیطی فراوان، هرگز جوابگوی بشر برای ادامه‌ی بقا، توسعه و تکامل نخواهد بود. از سوی دیگر، رشد فزاینده‌ی بازار تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند، افزایش تقاضا برای ساخت و توسعه‌ی تجهیزات ذخیره‌ی انرژی را به دنبال داشته است. ابرخازن‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باطری‌های رایج امروزی باشند.
پوشش نانوکامپوزیتی در جهت افزایش عملکرد

به گفته‌ی دکتر مهدی شبانی نوش آبادی-عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- 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 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 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 ویژه‌ی بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم.»
روش کار

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 مرحله‌ی اول با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن بر روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند.

در مرحله‌ی 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.
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/گرافن دارای ظرفیت ویژه‌ی ۱۰۸۴ فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژه‌ی ۵۳٫۱۲ وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژه‌ی 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 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 ۴٫۷۹۸ (جلد ۲۴۵، سال ۲۰۱۷، صفحات ۵۷۵ تا ۵۸۶) منتشر شده است.
0
telegram.png

نظر بگذارید

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.