الکترود های نانویی برای استفاده در ابرخازن ها ساخته شد - مجله سرگرمی

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، محققان دانشگاه تربیت مدرس به رهبری میرفضل الله موسوی با همکاری گروه تحقیقاتی ریچارد کینر (Richard Kaner) از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، ابزار ذخیره انرژی طراحی کردند که در تمامی گستره pH کار می نماید و کارکرد ممتازی از خود نشان می دهد.

ی

استفاده از منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی همچون خورشید، باد، جزر و مد دریا و ... با اقبال زیادی در دنیا روبه رو است. ماهیت فقدان دسترسی پیوسته به این منابع تجدیدپذیر، توسعه روش ها و ابزار های ذخیره کننده انرژی به ویژه باتری ها و ابرخازن ها را اجتناب ناپذیر نموده است. همچنین توسعه لوازم الکتریکی قابل حمل از قبیل: موبایل، لپ تاپ، تبلت و همچنین خودرو های الکتریکی یا هیبریدی لزوم توسعه ابزار های ذخیره انرژی الکتریکی کارآمد را دوچندان نموده است. از مهم ترین وسایلی که قادر به ذخیره انرژی الکتریکی هستند، می توان به باتری ها و ابرخازن ها اشاره نمود که هر کدام دارای مکانیسم ذخیره بار منحصربه فردی هستند.

در باتری ها ذخیره انرژی در نتیجه واکنش های الکتروشیمیایی صورت می پذیرد، و با توجه به مکانیسم ذخیره بار، انرژی باتری ها زیاد است، اما سرعت شارژ و دشارژ آن ها پایین است. اما در ابرخازن ها ذخیره انرژی می تواند هم در نتیجه فرآیند های الکتروستاتیک و هم واکنش های الکتروشیمیایی باشد، در نتیجه از هر دو مزیت خازن و باتری بهره می برند اگرچه انرژی آن ها از باتری ها کمتر است.

در حال حاضر، پژوهش هایی که بر روی ابرخازن ها صورت می گیرد، با هدف افزایش انرژی ابرخازن ها صورت گرفته که در برخی موارد به دلیل استفاده از مواد کاملا شبیه باتری، سرعت شارژ و دشارژ پایین می آید. انرژی باتری ها و ابرخازن ها با استفاده از افزایش ظرفیت ذخیره بار مواد الکترودی و ولتاژ قابل ارتقا است. اصل مهمی که باید به آن اشاره نمود این است که افزایش ظرفیت کلی ابرخازن با افزایش ظرفیت ذخیره بار هر دو الکترود مثبت و منفی میسر می گردد. بیشتر تحقیقاتی که در زمینه ابرخازن صورت می گیرد روی افزایش ظرفیت قطب مثبت است، چون گزینه های متعددی برای مطالعه وجود دارد و ظرفیت های بسیار بالایی در منابع برای قطب مثبت گزارش شده است. اما به دلیل ظرفیت کم قطب منفی مقدار ظرفیت و انرژی کل ابرخازن نسبتا پایین است؛ بنابراین مطالعات دقیق و کارآمد روی ارتقا مواد الکتروی قطب منفی برای آینده ابرخازن ها بسیار حیاتی است.

یک روش برای غلبه بر این مسائل استفاده از مواد پایه کربن و عامل دار کردن آن ها با موادی است که علاوه بر قابلیت ذخیره بار در قطب منفی، دارای سرعت شارژ و دشارژ بالایی باشند تا سرعت شارژ و دشارژ قربانی افزایش انرژی نگردد. در پژوهشی که توسط دکتر میرفضل الله موسوی از دانشگاه تربیت مدرس و همکارانش در دانشگاه UCLA انجام گرفته است، گرافن سه بعدی عامل دار شده با مولکول های نایل بلو (NB-GA) برای این منظور توسعه داده شده است.

مطالعات اولیه الکتروشیمیایی در سلول سه الکترودی معین کرد که نانوکامپوزیت NB-GA از خود یک ظرفیت بسیار مناسب در تمام بازه pH را نشان می دهد. سهم ذخیره بار به وسیله مکانیسم خازنی، 93.4% از کل بار ذخیره شده را به خود اختصاص داده که از بیشتر مواد دارای رفتار شبه خازنی بالاتر است. علاوه بر این، در ابرخازن های ساخته شده در سه محیط اسیدی، خنثی و قلیایی بر پایه الکترود منفی NB-GA از خود انرژی و سرعت شارژ و دشارژ بالایی را نشان دادند و از پایداری چرخه ای بالایی با بیش از 5000 چرخه پی درپی برخوردار بودند. این طراحی می تواند برای ساخت دیگر نانوکامپوزیت ها با عملکرد ظرفیتی بسیار بالا مورداستفاده قرار گیرد.

نویسندگان این مقاله که در مجله ACS Nano به چاپ رسیده است، امیدوارند که این مقاله به مثابه یک رویکرد جامع، جهت پیش روی محققان عرصه توسعه ابزار های ذخیره کننده انرژی الکتریکی با توان و انرژی بالا را به خوبی روشن سازد.

iraniro.ir: تور داخلی ایران | گردشگری ایران، سفر به مشهد، اصفهان

italyro.ir: تور ایتالیا ارزان قیمت، تور ایتالیا نوروز 97، تور بهار

itgap.ir: آی تی گپ | مجله فناوری گردشگری، موفقیت،