افزایش ظرفیت ابرخازن‌ها

ابرخازن‌ها مانند خازن‌ها وسیله‌ای برای ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی هستند، با این تفاوت که ظرفیت ذخیره‌سازی آنها نسبت به خازن‌های معمولی بسیار بالاتر است. با این ‌وجود تحقیقات کماکان بر روی افزایش کارایی آنها ادامه دارد.

با ورود فناوری نانو به این عرصه امیدها برای دستیابی به ابرخازن‌هایی با ظرفیت بسیار بالاتر از ظرفیت کنونی بیشتر و بیشتر شده است، به گونه‌ای که محققان پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای به نتایج قابل قبولی در زمینه کاربرد نانو ذرات کربنی ابرخازن‌ها به دست آوردند.

دکتر مجتبی باقرزاده، عضو هیأت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای و از محققان طرح در این باره گفت: در این طرح سعی شد با اضافه کردن نانوذرات کربنی از جمله نانولوله‌های کربنی و نانو صفحات گرافن و همچنین نانوذرات پلاتین به ساختار پلیمری الکترود ابرخازن، ظرفیت ذخیره‌ سازی انرژی آن را بهبود دهیم.

وی با بیان اینکه بر این اساس در این پروژه از تلفیق خواص منحصر به ‌فرد سه نوع نانوذره استفاده شد، خاطر نشان کرد: حضور نانولوله‌های کربنی و نانوصفحات گرافن در بافت پلی آنیلین موجب می‌شود تا هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت حاصل افزایش چشمگیری داشته باشد. از سوی دیگر وجود نانوذرات پلاتین موجب افزایش قابل‌ملاحظه مساحت سطح و افزایش سرعت واکنش اکسیداسیون و احیا شده است.

به گفته وی، استفاده از این مواد موجب شده است تا ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی ابرخازن و عمر آن افزایش یابد.

باقرزاده به بیان نحوه اجرای این طرح پرداخت و یادآور شد: برای این منظور ابتدا نانوکامپوزیت‌های سه ‌جزئی و چهار جزئی متشکل از نانولوله‌های کربنی، نانوصفحات گرافن، نانو ذرات پلاتین و پلی آنیلین تهیه و پس از آن با استفاده از روش‌های فیزیکی و شیمیایی نظیر پراش اشعه‌ ایکس، میکروسکوپ الکترونی و FT-IR مشخصه‌یابی شدند.

این محقق اضافه کرد: در ادامه برای ارزیابی خواص ذخیره‌سازی انرژی از روش‌های الکتروشیمیایی از جمله ولتامتری چرخه‌ای، شارژ- دشارژ گالوانواستاتیک و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شد.

به گفته وی نتایج به دست آمده نشان داد که میانگین ظرفیت ویژه‌ الکترود نانوکامپوزیتی چهار جزئی PANI/GNS/CNT/Pt 3450 کولن بر گرم بوده است. این در حالی است که میانگین ظرفیت ویژه برای الکترودهای سه جزئی PANI/GNS/Pt، PANI/GNS/CNT، PANI/CNT/Pt به ترتیب 1123، 952 و 366 کولن بر گرم و برای الکترود تک جزئی PANI فقط 284 کولن بر گرم بوده است.

این تحقیقات از سوی دکتر مجتبی باقرزاده و دکتر احمد نوزاد از اعضای هیأت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای و زینب شیرازی دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه مالک اشتر اجرایی و نتایج آن در مجله Electrochimica Acta با ضریب تأثیر 4.798 منتشر شده است.