دوشنبه 24 خرداد 1400   03:50:43
جهت مشاهده محتوا کلیک کنید
دستاوردهای دانشگاهبيشتر
افزایش توان و چگالی انرژی باتری ها و ابرخازن ها با فناوری نانو توسط پژوهشگران گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر
پژوهشگران گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر توانستند با استفاده از یک روش کاملاً نو و ابداعی دو مرحله ای برای تهیه الکترودهای ابرخازنی کامپوزیتی گرافن- هگزاسیانوفرات منگنز، خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره سازی انرژی را در این ابرخازن ها به طور چشمگیری بهبود دهند.
پژوهشگران دانشگاه ملایر با استفاده از یک روش دو مرحله ای ساده و در عین حال کارآمد برای تهیه الکترودهای کامپوزیتی ابرخازنی و بدون بایندر شامل رسوب الکتروفورتیک بستر کربنی (در این تحقیق، نانوورقه های گرافن) و رسوب الکتروشیمیایی ماده فعال (در این تحقیق، نانومکعب های هگزاسیانوفرات منگنز) بر روی بستر کربنی، مساحت سطح ویژه و هدایت الکتریکی الکترود را افزایش دادند به طوری که در ظرفیت، توان و چرخه پذیری این ابرخازن ها افزایش قابل توجهی حاصل شد.
عقیده مجریان طرح بر این است که با روش به کار گرفته شده نه تنها کارایی الکترود مذکور بهبود می یابد، بلکه روشی نو و مؤثر در ساخت دیگر الکترودهای ابرخازنی یا باتری به سایر محققان معرفی می شود که منجر به پیشرفت در حوزه انرژی های پاک و تجدیدپذیر خواهد شد.
دکتر مهدی کزازی استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر و نویسنده مسئول این طرح با اشاره به لزوم توسعه انرژی پاک گفت: «عصر حاضر، دوره حفاظت محیط زیست و توسعه انرژی پاک و تجدیدپذیر است. مصرف سوخت های فسیلی به علت انتشار گازهای گلخانه ای و آلودگی هوا، محدود شده است. در این رابطه، منابع جایگزین انرژی همچون انرژی باد و انرژی خورشیدی، به عنوان راهکاری اساسی باید توسعه داده شوند. به هر حال، این منابع غیردائمی باید همواره با سامانه های ذخیره سازی انرژی همراه شوند تا بر مشکل فقدان گاه و بیگاه این منابع فائق آمده و از دسترسی دائمی انرژی اطمینان حاصل کرد. سامانه های الکتروشیمیایی، از قبیل ابرخازن ها که می توانند به طور مؤثری انرژی الکتریکی را ذخیره کنند و به هنگام نیاز تحویل دهند، نقش تعیین کننده ای را در این زمینه بازی می کنند. در این مقاله از یک روش کاملاً نو و ابداعی دو مرحله ای برای تهیه الکترودهای ابرخازنی کامپوزیتی گرافن- هگزاسیانوفرات منگنز استفاده شده است و در ادامه مشخصه یابی و خواص ذخیره سازی انرژی در این الکترودها به دقت مطالعه شدند. نتایج به دست آمده، بهبود قابل توجه خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره سازی انرژی را در الکترودهای تهیه شده نشان می دهند.»
وی در ادامه گفت: «در طرح حاضر چندین نکته کلیدی دنبال شده است، از جمله اینکه در این طرح بر مبنای تجربیات طرح ها و مقالات قبلی، از یک روش دومرحله ای ساده و کارآمد برای تهیه الکترودهای ذخیره سازی 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 نمی شود. دوم اینکه در این روش از یک بستر کربنی استفاده می شود که در این کار از نانوورقه های گرافن بدین منظور 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 می یابد. همچنین استفاده از ساختار نانومقیاس منظم در تهیه ماده فعال هگزاسیانوفرات منگنز به صورت نانومکعب است که سبب افزایش مساحت سطح ویژه و در نتیجه افزایش نرخ جریان دهی و توان ابرخازن می شود. همچنین، به دلیل اینکه نانومکعب ها به صورت منظم بر روی بستر نانوورقه های گرافن نشانده شدند، از آگلومره شدن آن ها جلوگیری شده است.»
دکتر کزازی درباره ویژگی های شاخص الکترودهای به کاررفته در این طرح گفت: «مواد فعال نانوساختار بر پایه هگزاسیانوفرات فلز به طور گسترده در ساخت الکترودهای انواع سامانه های ذخیره ساز الکتروشیمیایی انرژی مورد استفاده قرار گرفته اند که دلیل اصلی برای این مهم ساختار باز و تونلی آن ها است که سبب ورود و خروج نسبتاً آسان یون های الکترولیت به درون ساختار آن ها می شود. به همین خاطر این مواد فعال به طور گسترده در ساخت الکترودهای باتری های تک و یا چند ظرفیتی از قبیل باتری های سدیم- یون، منیزیم- یون و آلومینیوم- یون و همچنین انواع ابرخازن ها مورد استفاده قرار گرفته اند.»
وی همچنین در حوزه سیستم های ذخیره سازی انرژی به خصوص باتری های آلومینیوم- یون پایه آبی با کشور چین و جمهوری چک نیز همکاری داشته است.
از نتایج این تحقیق می توان در کارخانه های تولید باتری های لیتیمی و باتری های اسیدی سرب موجود در کشور بهره گرفت.
بخشی از مقاله حاصل پایان نامه کارشناسی ارشد خانم مهشید فاریابی به راهنمایی دکتر مهدی کزازی استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر و نویسنده مسئول این طرح بوده است که تحت حمایت مالی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور توسط دکتر کزازی تکمیل و مقاله آن نوشته شده است. این مقاله با عنوانElectrochemically anchored manganese hexacyanoferrate nanocubes on three-dimensional porous graphene scaffold: Towards a potential application in high-performance asymmetric supercapacitors برای انتشار در مجله JOURNAL OF POWER SOURCES با ضریب تأثیر ۷٫۴۶۷ موردپذیرش قرار گرفته است.