به همت پژوهشگران دانشگاه ملایر صورت گرفت

افزایش توان و چگالی انرژی باتری‌ها و ابرخازن‌ها با فناوری نانو

پژوهشگران گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر با استفاده از روشی ابداعی برای تهیه الکترود‌های ابرخازنی کامپوزیتی گرافن‌هگزاسیانوفرات منگنز، خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در این ابرخازن‌ها را بهبود دادند.

کد خبر: ۸۹۳۳۰۴

يکشنبه - ۰۹ آذر ۱۳۹۹ / November 29, 2020

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر با استفاده از روشی ابداعی برای تهیه الکترود‌های ابرخازنی کامپوزیتی گرافن‌هگزاسیانوفرات منگنز، خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در این ابرخازن‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود دادند.

پژوهشگران دانشگاه ملایر با استفاده از یک روش دومرحله‌ای ساده و کارآمد برای تهیه الکترود‌های کامپوزیتی ابرخازنی بدون چسب و بایندر، شامل رسوب الکتروفورتیک بستر کربنی (نانوورقه‌های گرافن) و رسوب الکتروشیمیایی ماده فعال (نانومکعب‌های هگزاسیانوفرات منگنز) روی بستر کربنی، مساحت سطح ویژه و هدایت الکتریکی الکترود را افزایش دادند که در ظرفیت، توان و چرخه‌پذیری این ابرخازن‌ها افزایش قابل‌توجهی حاصل شد.

پژوهشگران طرح بر این باورند که روش به‌کارگرفته شده نه تنها کارآیی الکترود مذکور را بهبود می‌دهد، بلکه روشی نو و مؤثر در ساخت دیگر الکترود‌های ابرخازنی یا باتری را معرفی می‌کند که منجر به پیشرفت در حوزه انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر خواهد شد.

دکتر مهدی کزازی استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر با اشاره به لزوم توسعه انرژی پاک گفت: عصر حاضر، دوره حفاظت محیط‌زیست و توسعه انرژی پاک و تجدیدپذیر است. مصرف سوخت‌های فسیلی به علت انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و آلودگی هوا، محدود شده است. در این رابطه، منابع جایگزین انرژی همچون انرژی باد و انرژی خورشیدی، به‌عنوان راهکاری اساسی باید توسعه داده شوند. به هر حال، این منابع غیردائمی باید همواره با سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی همراه شوند تا بر مشکل فقدان گاه و بیگاه این منابع فائق آمده و از دسترسی دائمی انرژی اطمینان حاصل کرد. سامانه‌های الکتروشیمیایی، از قبیل ابرخازن‌ها که می‌توانند به طور مؤثری انرژی الکتریکی را ذخیره کنند و به هنگام نیاز تحویل دهند، نقش تعیین‌کننده‌ای را در این زمینه بازی می‌کنند.

وی در ادامه گفت: در این طرح از یک روش دومرحله‌ای ساده و کارآمد برای تهیه الکترود‌های ذخیره‌سازی انرژی ابرخازنی استفاده شده است که دارای چندین مزیت است. اول اینکه این روش به صورت رسوب مستقیم است و در آن از هیچ چسب و بایندر مخربی استفاده نمی‌شود. دوم اینکه در این روش از یک بستر کربنی استفاده می‌شود که اینجا از نانوورقه‌های گرافن استفاده شده است. این بستر رسانا علاوه بر بهبود هدایت ماده فعال هگزاسیانوفرات منگنز، سبب افزایش مساحت سطح ویژه آن شده و در نتیجه ظرفیت و توان افزایش می‌یابد. همچنین استفاده از ساختار نانومقیاس منظم در تهیه ماده فعال هگزاسیانوفرات منگنز به‌صورت نانومکعب است که سبب افزایش مساحت سطح ویژه و در نتیجه افزایش نرخ جریان‌دهی و توان ابرخازن می‌شود. همچنین، به دلیل اینکه نانومکعب‌ها به‌صورت منظم بر روی بستر نانوورقه‌های گرافن نشانده شدند، از آگلومره‌شدن آن‌ها جلوگیری شده است.

دکتر کزازی درباره ویژگی‌های شاخص الکترود‌های به کاررفته در این طرح گفت: مواد فعال نانوساختار بر پایه هگزاسیانوفرات فلز به‌طور گسترده در ساخت الکترود‌های انواع سامانه‌های ذخیره‌ساز الکتروشیمیایی انرژی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که دلیل اصلی برای این مهم ساختار باز و تونلی آن‌ها است که سبب ورود و خروج نسبتاً آسان یون‌های الکترولیت به درون ساختار آن‌ها می‌شود. به‌همین خاطر این مواد فعال به‌طور گسترده در ساخت الکترود‌های باتری‌های تک و یا چند ظرفیتی از قبیل باتری‌های سدیم-یون، منیزیم-یون و آلومینیوم-یون و همچنین انواع ابرخازن‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

کزازی که در حوزه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به خصوص باتری‌های آلومینیوم-یون پایه آبی با کشور چین و جمهوری چک نیز همکاری داشته است، معتقد است از نتایج این تحقیق می‌توان در کارخانه‌های تولید باتری‌های لیتیمی و باتری‌های اسیدی سرب موجود در کشور بهره گرفت.