افزایش ۳۰ درصدی ظرفیت ابرخازن ها با یک نانوماده کربنی
بیست و یکم: روشی ساده برای سنتز نوعی ماده کربنی متخلخل ارائه شده که استفاده از آنها در ابرخازن ها سبب افزایش 30 درصدی ظرفیت می شود.
به گزارش بیست و یکم به نقل از ایسنا، ابرخازن ها در قلب ادوات ذخیره سازی انرژی مدرن قرار دارند و به سرعت شارژ و دشارژ می شوند تا انرژی همه چیز از اتوبوس های برقی گرفته تا تجهیزات صنعتی را تامین کنند. عملکرد ابرخازن ها به الکترودهای آنها بستگی دارد که از مواد کربنی پر شده است، موادی که با منافذ میکروسکوپی می توانند میزبان بارهای الکتریکی باشند و این بارها در آن جمع شوند. ایجاد این منافذ دقیقاً در اندازه مناسب، کمتر از یک نانومتر، چالشی همیشگی در توسعه فناوری ادوات ذخیره سازی انرژی است.
دانشمندان در سال ۲۰۰۶ به کشف شگفت انگیزی دست یافتند؛ حفره های کوچک تر می توانند بار الکتریکی بیشتری نسبت به حفره های بزرگ تر ذخیره کنند. این یافته رویکرد مرسوم به حداکثر رساندن سطح بوسیله حفره های بزرگتر را تغییر داد. وقتی حفره ها خیلی کوچک می شوند، کمتر از نیم نانومتر، حرکت ذرات حامله را مسدود می کنند. اندازه ایده آل نانوحفره ها چیزی بین نیم تا یک نانومتر است.
روش های تولید فعلی نمی توانند بطور قابل اعتماد حفره های با چنین اندازه های خاصی ایجاد کنند. فعال سازی شیمیایی موجب ایجاد حفره هایی با اندازه های مختلف می شود. استفاده از قالب های سخت مانند سیلیس نیاز به پردازش پیچیده و پرهزینه دارد. قالب های نرم تولید شده از مولکول های آلی اغلب در طول تولید فرو می ریزند. در نتیجه، ابرخازن های تجاری از مواد کربنی با اندازه های منافذ ناسازگار استفاده می نمایند که ظرفیت ذخیره سازی انرژی و سرعت شارژ آنها را محدود می کند.
پژوهشگران دانشگاه فودان با بهره گیری از نقاط کربن به عنوان الگو، مواد کربنی با حفره های با اندازه دقیق ایجاد کردند. این یافته ها در Advanced Functional Materials انتشار یافته است.
این تیم با حرارت دادن اسید سیتریک و دی اتیلن تریامین تا ۱۷۰ درجه سانتیگراد، نقاط کربنی را سنتز کردند. مخلوط کردن این نقاط در محلول پلیمری یک ژل به وجود می آورد. ترکیب این ژل با هیدروکسید پتاسیم موجب شکستن پیوندهای شیمیایی خاص در نقاط کربنی می شود. حرارت دادن تا دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد، منجر به تولید مواد کربنی با حفره های یکنواخت بین ۰٫۶۴ تا ۰٫۸۰ نانومتر می شود که ایده آل برای ذخیره بار الکتریکی است.
این ماده ۵۱۵٫۵ فاراد شارژ در هر گرم را ذخیره می کند و در عین حال چگالی ۰٫۸۱ گرم بر سانتی متر مکعب را دارد که ۳۰ درصد ظرفیت ذخیره سازی بیشتر نسبت به مواد کربن فعال تجاری موجود در بازار است. این مزیت چگالی به این معنا است که وسایل نقلیه الکتریکی می توانند انرژی بیشتری را ذخیره کنند.
به نقل از ستاد نانو، این ماده چندین مشکل اساسی فعلی را حل می کند که پذیرش ابرخازن را محدود کرده است. با الکترولیت های مبتنی بر آب کار می کند که ۵۰ تا ۷۰ درصد کمتر از جایگزین های آلی قیمت دارند و خطرات ایمنی کمتری دارند. ۹۹٫۹ درصد از ظرفیت خودرا بعد از ۱۰۰۰۰ چرخه شارژ-دشارژ حفظ می کنند که بالاتر از دوام خیلی از دستگاه های تجاری است.
این مطلب بیست و یکم را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب