پیشرفت در تولید نانوکامپوزیت‌های هوشمند برای ذخیره انرژی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، پژوهش پسادکتری «سنتز پلیمر ابرشاخه‌ای نوع N و کاربرد آن در تهیه نانوکامپوزیت‌های فلورسنت با عملکرد الکتروشیمیایی بالا در ابرخازن‌ها» توسط فریبا علی‌مولا با راهنمایی ناصر ارسلانی و همکاری رباب اصلانی در دانشگاه تبریز و با حمایت بنیاد ملی علم ایران اجرا شد.

 علی‌مولا در توضیح اهمیت این پژوهش گفت: با پیشرفت علم و فناوری، وسایل نوین ذخیره‌سازی انرژی مانند پیل‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی و ابرخازن‌ها برای غلبه بر محدودیت‌های باتری‌های سنتی توسعه یافته‌اند.

 ابرخازن‌های هیبریدی به‌دلیل چگالی توان بالا، چرخه عمر طولانی و مقرون‌به‌صرفه بودن، جایگاه ویژه‌ای در ذخیره انرژی پیدا کرده‌اند و می‌توانند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی و کاهش مشکلات زیست‌محیطی باشند.

وی افزود: به‌دلیل رسانایی کم اکسیدهای فلزی و یون‌های فلزی و سطح ویژه محدود آن‌ها، کاربرد آن‌ها در ابرخازن‌ها محدود است. برای رفع این محدودیت، کامپوزیت کردن اکسید فلزات با پلیمرها، از جمله پلیمرهای ابرشاخه‌ای برای دستیابی به ابرخازن هیبریدی کارامد، مدنظر قرار گرفت.

 در این پژوهش، ابتدا پلیمر ابرشاخه‌ای جدید مشتق شده از مواد طبیعی سنتز شد و سپس نانوکامپوزیت‌هایی بر پایه نقاط پلیمری مشتق شده از پلیمر ابرشاخه‌ای،اکسید فلزات یا نقاط پلیمری مشتق شده از پلیمر ابرشاخه‌ای،یون فلزی در یک روش یک‌مرحله‌ای و ساده تهیه و خواص الکتروشیمیایی آن‌ها بررسی شد.

این پژوهشگر تصریح کرد: هدف اصلی مطالعه، توسعه نانوکامپوزیت‌های نوین مبتنی بر نقاط پلیمری سنتز شده از پلیمر ابرشاخه‌ای برای ابرخازن‌های با کارایی بالا و بررسی تأثیر شرایط تهیه، از جمله دما و نوع فلز، بر عملکرد ابرخازنی آن‌هاست. برای تأیید نتایج، سیستم‌های دو الکترودی طراحی شد تا کاربرد عملی مواد الکترواکتیو در ابرخازن‌ نشان داده شود.

وی ادامه داد: در مطالعات اخیر برای دستیابی به ابرخازن هیبریدی از پلیمرهای رسانا استفاده شده که دارای سمیت بالا بوده که برای غلبه بر این محدودیت تیم ما اقدام به سنتز هوشمندانه پلیمر از مواد طبیعی کرد تا به یک سیستم ذخیره انرژی زیست سازگار دست یابیم.

همچنین برای شناسایی ساختار نانوکامپوزیت‌ها از آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی، طیف سنجی پراش پرتو ایکس و مادون قرمز و برای بررسی خاصیت لومینسانس از فوتولومینسانس استفاده شد. همچنین، خواص الکتروشیمیایی شامل رفتار ابرخازنی با آنالیزهای شارژ و دشارژ گالوانواستاتیک، ولتامتری چرخه‌ای و طیف‌سنجی امپدانس مورد ارزیابی قرار گرفت.

علی‌مولا اظهار داشت: ابرخازن‌های هیبریدی برای ابزارهای الکترونیکی قابل حمل مانند ساعت، حسگر، موبایل و هدفون مناسب هستند.

همچنین این ابرخازن‌ها در وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم‌های منبع تغذیه پیوسته (UPS)، سلول‌های خورشیدی، توربین‌های بادی، ایمپلنت‌های پزشکی، صنایع هوافضا و لوازم برقی و الکتریکی کاربرد گسترده دارند.

وی پیش‌بینی کرد که نانوکامپوزیت‌های تهیه شده به‌دلیل اثر هم‌افزایی بین نقاط پلیمری و مواد معدنی، رفتار ابرخازنی بهبود یافته‌ای نشان دهند و قابلیت کاربرد عملی و صنعتی آن‌ها در ابرخازن‌ها و سایر سیستم‌های ذخیره انرژی فراهم شود.