نانوکامپوزیت با کاربرد در ساخت ابرخازن‌ها طراحی شد

به گزارش گروه جوان وجامعه خبرگزاری برنا، به نقل از مرکز روابط عمومی و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، 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 طراحی شده از مواد اولیه‌ی نسبتاً ارزان و به روشی منطبق بر اصول شیمی سبز تهیه شده است.

امروزه گستره‌ وسیعی از خازن‌ها وجود دارند. خازن‌های الکتروشیمیایی به دلیل کاربردهای فراوان خود از قبیل وسایل نقلیه‌ی 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 ذخیره‌ی انرژی دارند. قیمت کم، سهولت در تهیه و طبیعت انعطاف پذیر بالا از دیگر ویژگی‌های برجسته‌ی آن‌هاست.

هدف اصلی این پژوهش استفاده از مواد قابل دسترس با قیمت مناسب جهت ساخت الکترود مورد استفاده در خازن‌های الکتروشیمیایی بوده است.

به گفته دکتر علی احسانی، این طرح نانوکامپوزیتی را معرفی می‌کند که می‌تواند به راحتی سنتز شده و در سیستم‌های ذخیره کننده‌ی انرژی همانند ابر خازن‌ها، جایگزین مواد گران قیمتی مانند روتینیم اکسید گردد. 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 افزود: «مواد فعال خازن‌های الکتروشیمیایی شامل مواد کربنی، اکسیدهای فلزی و پلیمرهای رساناست. پلیمر هادی پلی آنیلین یکی از بهترین گزینه‌ها برای استفاده به عنوان الکترود در ابرخازن‌ها‌ی الکتروشیمیایی است. با توجه به اینکه مواد در ساختار کامپوزیتی می‌توانند خواص بهبود یافته‌ی مناسبی داشته باشند، در این پژوهش از پلیمر هادی پلی آنیلین 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 ساده‌ی الکتروشیمیایی، پلیمر دارای گرافن و نانوذرات طلا به صورت فیلمی متشکل از نانو‌لوله‌ها در سطح الکترود گرافیت تشکیل ‌گردید. در آزمون‌های الکتروشیمایی بر روی این الکترود اصلاح شده، از قبیل ولتامتری چرخه‌ای، شارژ -دشارژ متوالی، امپدانس الکتروشیمیایی و آزمون پایداری نتایج قابل قبولی به دست آمده است.

نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Applied Surface Science (جلد 353، سال 2015، صفحات 594 تا 599) به چاپ رسیده است. دکترعلی احسانی، عضو هیأت علمی دانشگاه قم، دکتر محمد رضا گنجعلی، دکتر پرویز نوروزی، اعضای هیأت علمی دانشگاه تهران، جواد شعبانی شایه، دانشجوی دکترای دانشگاه تهران، و دکتر بابک ژاله، عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی سینای همدان، در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.

علاقه‌مندان برای استفاده از حمایت تشویقی ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری می‌توانند به صفحه حمایت تشویقی مقالات ISI مراجعه کنند.