ابرخازن‌های سبز؛ سنتز پلیمر زیست‌سازگار برای ذخیره‌سازی پربازده انرژی

انرژی و نیرو - پژوهشگران دانشگاه تبریز با حمایت بنیاد ملی علم ایران، در طرحی پسادکتری موفق به سنتز پلیمر ابرشاخه‌ای زیست‌سازگار از مواد طبیعی و تهیه نانوکامپوزیت‌های فلورسنت با عملکرد الکتروشیمیایی بالا شدند؛ دستاوردی که می‌تواند مسیر تولید ابرخازن‌های هیبریدی کم‌سمیت، پربازده و قابل کاربرد در صنعت را هموار کند.

به گزارش انرژی و نیرو، طرح 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 بیان کرد: 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 به دلیل چگالی توان بالا، چرخه عمر طولانی و مقرون به صرفه بودن، جایگاه ویژه‌ای در ذخیره انرژی پیدا کرده‌اند و می‌توانند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی و کاهش مشکلات زیست‌محیطی باشند.

وی افزود: به دلیل 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 یک مرحله‌ای و ساده تهیه و خواص الکتروشیمیایی آنها بررسی شد.

این پژوهشگر تصریح کرد: هدف اصلی مطالعه، توسعه نانوکامپوزیت‌های نوین مبتنی‌بر نقاط پلیمری سنتز شده از پلیمر ابرشاخه‌ای برای ابرخازن‌های با کارایی زیاد و بررسی تأثیر شرایط تهیه، از جمله دما و نوع فلز، بر عملکرد ابرخازنی آنها است. 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 زیست‌سازگار دست یابیم همچنین برای شناسایی ساختار نانوکامپوزیت‌ها از آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی، طیف‌سنجی 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 کرد: 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 در ادامه پیش‌بینی کرد که نانوکامپوزیت‌های تهیه شده به‌ دلیل 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.

منبع: خبرگزاری ایرنا