متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۸/۱۰/۰۲

تعداد بازدید : ۶۵۷

تعداد رای : ۴۷

ساخت الکترودهای منفی با استفاده از ایروژلهای گرافنِ عامل‌دار شده

گروه تحقیقاتی پروفسور میرفضل اله موسوی از دانشگاه تربیت مدرس (TMU) با همکاری گروه تحقیقاتی پروفسور ریچارد کینر (Richard Kaner) از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس (UCLA)، در یک مقاله تحقیقاتی ابزار ذخیره انرژِی ای را معرفی کرده اند که در تمامی گستره pH کار می کند و کارکرد ممتازی از خود نشان می دهد.

اقبال جامعه جهانی به سمت ابزارهای (Devices) برداشت کننده انرژی از منابع پاک و تجدید پذیر همچون خورشید، باد، جزر و مد دریا و غیره رو به فزونی گذاشته است و ماهیت عدم دسترسی پیوسته به این منابع تجدید پذیر، توسعه روش ها و ابزارهای ذخیره کننده انرژی بخصوص باتری ها و ابرخازن ها را اجتناب ناپذیر کرده است. همچنین توسعه لوازم الکتریکی قابل حمل از قبیل موبایل، لپ تاپ، تبلت و ... و همچنین خودروهای الکتریکی یا هیبریدی لزوم توسعه ابزارهای ذخیره انرژی الکتریکی کارآمد را دوچندان کرده است. از مهمترین وسایلی که قادر به ذخیره انرژی الکتریکی هستند، می­توان به باتری­ها و ابرخازن­ها اشاره کرد که هر کدام دارای مکانیسم ذخیره بار منحصر به فردی هستند.

 

در باتری­ها ذخیره انرژی در نتیجه واکنش­های الکتروشیمیایی صورت می پذیرد، وبا توجه به مکانیسم ذخیره بار، انرژی باتری ها زیاد می­باشد اما سرعت شارژ و دشارژ  آنها پایین است. اما در ابرخازن­ها ذخیره انرژی می­تواند هم در نتیجه فرآیندهای الکتروستاتیک و هم واکنش­های الکتروشیمیایی باشد، در نتیجه از هر دو مزیت خازن و باتری بهره می­برند اگرچه انرژی آنها از باتری ها کمتر است.

 

در حال حاضر، پژوهش‌هایی که عمدتا بر روی ابرخازن‌ها صورت می­گیرد، با هدف افزایش انرژی ابرخازن­ها صورت می­گیرد که در بعضی موارد به دلیل استفاده از مواد کاملا شبیه باتری، سرعت شارژ و دشارژ پایین می­آید. انرژی باتری ها و ابرخازن­ها با استفاده از افزایش ظرفیت ذخیره بار مواد الکترودی و ولتاژ قابل ارتقاء است. اصل مهمی که باید به آن اشاره کرد این است که افزایش ظرفیت کلی ابرخازن­ با افزایش ظرفیت ذخیره بار هر دو الکترود مثبت و منفی میسر می­گردد. اکثر تحقیقاتی که در زمینه ابرخازن صورت می­گیرد روی افزایش ظرفیت قطب مثبت می­باشد چون گزینه­های متعددی برای مطالعه وجود دارد و ظرفیت­های 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 می باشد. بنابراین مطالعات دقیق و کارآمد روی ارتقاء مواد الکتروی قطب منفی برای آینده ابرخازن­ها بسیار حیاتی می­باشد.

 

یک روش برای غلبه بر این مشکلات استفاده از مواد پایه کربن و عامل­دار کردن آنها با موادی است که علاوه بر قابلیت ذخیره بار در قطب منفی، دارای سرعت شارژ و دشارژ بالایی باشند تا سرعت شارژ و دشارژ را فدای افزایش انرژی نکنیم. حالا، در پژوهشی که توسط دکتر میرفضل الله موسوی از دانشگاه تربیت مدرس و همکارانش در دانشگاه UCLA انجام گرفته است یک گرافن سه بعدی عامل دار شده با مولکول­های نایل بلو (NB-GA) برای این منظور توسعه داده شده است. مطالعات اولیه الکتروشیمیایی در سلول سه الکترودی مشخص کرد که نانوکامپوزیت‌ NB-GA از خود یک ظرفیت عالی در تمام بازه‌ی pH را نشان می‌دهد. سهم ذخیره بار از طریق مکانیسم خازنی، 93.4% از کل بار ذخیره شده را به خود اختصاص داد که از اکثر مواد دارای رفتار شبه خازنی بالاتر است. علاوه بر این، در ابرخازن­های ساخته شده در سه محیط اسیدی، خنثی و قلیایی بر پایه‌‌ی الکترود منفی NB-GA از خود انرژی و سرعت شارژ و دشارژ بالایی را نشان دادند و از  پایداری چرخه‌ای بالایی با بیش از 5000 چرخه‌ی پی در پی برخوردار بودند. این طراحی می‌تواند برای ساخت دیگر نانوکامپوزیت‌ها با عملکرد ظرفیتی بسیار بالا مورد استفاده قرار گیرد.

 

نویسندگان این مقاله ، که در مجله ACS Nano به چاپ رسیده است (ACS Nano 2019, 13 (11), 12567-12576.)، امیدوارند که این مقاله به مثابه یک رویکرد جامع، مسیر پیش روی محققان عرصه توسعه ابزارهای ذخیره کننده انرژی الکتریکی با توان و انرژی بالا را به خوبی روشن سازد.

 

برای مشاهده جزئیات این پژوهش، لینک مقاله را کلیک نمایید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)
Captcha