طراحی نانوکامپوزیتی با کاربرد در ساخت ابرخازن‌ها در دانشگاه قم
پژوهشگر دانشگاه قم با همکاری محققان دانشگاه تهران موفق به ساخت نانوکامپوزیتی شده‌اند که می‌تواند به عنوان الکترود، ظرفیت خازن‌های الکتروشیمیایی را افزایش دهد. این نانوکامپوزیت که در مقیاس آزمایشگاهی طراحی‌شده از مواد اولیه نسبتاً ارزان و به روشی منطبق بر اصول شیمی سبز تهیه شده است.
به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، هدف اصلی این پژوهش استفاده از مواد قابل دسترس با قیمت مناسب جهت ساخت الکترود مورد استفاده در خازن‌های الکتروشیمیایی بوده است.
امروزه گستره وسیعی از خازن‌ها وجود دارند. خازن‌های الکتروشیمیایی به دلیل کاربردهای فراوان خود از قبیل وسایل نقلیه الکتریکی، برق اضطراری (یو پی اس)، سیستم‌های برق DC و دستگاه‌های تلفن همراه، توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند.
این خازن‌ها توانایی ویژه‌ای در ذخیره انرژی دارند. قیمت کم، سهولت در تهیه و طبیعت انعطاف‌پذیر بالا از دیگر ویژگی‌های برجسته آنهاست.
به گفته دکتر علی احسانی، این طرح نانوکامپوزیتی را معرفی می‌کند که می‌تواند به راحتی سنتز شده و در سیستم‌های ذخیره کننده انرژی همانند ابر خازن‌ها، جایگزین مواد گران قیمتی مانند روتینیم اکسید شود.
موادی که در سنتز این نانوکامپوزیت به کار رفته‌اند در مقایسه با ابرخازن‌های مشابه، قابل دسترس و تقریباً ارزان بوده و به راحتی با روش الکتروشیمیایی قابل سنتز هستند.
وی در ادامه افزود: «مواد فعال خازن‌های الکتروشیمیایی شامل مواد کربنی، اکسیدهای فلزی و پلیمرهای رساناست. پلیمر هادی پلی‌آنیلین یکی از بهترین گزینه‌ها برای استفاده به عنوان الکترود در ابرخازن‌ها الکتروشیمیایی است. با توجه به اینکه مواد در ساختار کامپوزیتی می‌توانند خواص بهبود یافته مناسبی داشته باشند، در این پژوهش از پلیمر هادی پلی‌آنیلین که حاوی مقدار بسیار کمی گرافن و نانوذرات طلا است، استفاده شده است».
در توضیح استفاده از گرافن باید گفت از آنجا که ابرخازن باید در طی چرخه‌های شارژ و دشارژ دوام و تکرار پذیری مناسبی داشته باشد، وجود مقدار کمی گرافن پایداری پلیمر را به مقدار قابل توجهی افزایش داده است. از طرفی وجود نانوذرات طلا در ساختار گرافن توانسته است رسانایی این پلیمر را افزایش دهد. لذا با توجه به بحران انرژی، کاربرد این نانوکامپوزیت می‌تواند در راستای گسترش استفاده از سیستم‌های انرژی پاک و ذخیره سازی انرژی حائز اهمیت باشد.
همچنین روش سنتز الکتروشیمیایی به کار رفته در ساخت این نانوکامپوزیت، بر خلاف سنتز شیمیایی، به علت استفاده نکردن از واکنشگرهای شیمیایی در فرایند اکسایش، بر طبق استانداردهای جهانی شیمی سبز است.
به گفته این محقق برای ساخت این الکترود، ابتدا نانوذرات طلا بر سطح گرافن اکسید کاهش یافته قرار گرفت. سپس گرافن حاوی نانوذرات طلا به کمک سورفکتانت آنیونی و امواج فراصوت در مونومر آنیلین پخش شد. در ادامه با یک روش ساده الکتروشیمیایی، پلیمر دارای گرافن و نانوذرات طلا به صورت فیلمی متشکل از نانو‌لوله‌ها در سطح الکترود گرافیت تشکیل شد. در آزمون‌های الکتروشیمایی روی این الکترود اصلاح شده، از قبیل ولتامتری چرخه‌ای، شارژ –دشارژ متوالی، امپدانس الکتروشیمیایی و آزمون پایداری نتایج قابل قبولی به دست آمده است.
دکترعلی احسانی، عضو هیئت علمی دانشگاه قم، دکتر محمد رضا گنجعلی، دکتر پرویز نوروزی، اعضای هیئت علمی دانشگاه تهران، جواد شعبانی شایه، دانشجوی دکترای دانشگاه تهران و دکتر بابک ژاله، عضو هیئت علمی دانشگاه بوعلی سینای همدان در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.
انتهای پیام/
