ساخت نانوابرخازنی که ۱۰۰ هزار بار شارژ می‌شود بدون این که خسته شود!

به گزارش انرژی و نیرو، درحالی‌که باتری‌ها در تأمین انرژی وسایل الکترونیکی نقشی کلیدی دارند، سرعت پایین شارژ و افت عملکرد در چرخه‌های طولانی، چالش‌هایی جدی برای صنایع مختلف ایجاد کرده است. از سوی دیگر، ابرخازن‌ها به‌دلیل سرعت شارژ بسیار بالا و دوام زیاد، جایگزینی امیدبخش به‌شمار می‌روند؛ اما پایین بودن چگالی انرژی آنها، کاربرد‌های بلندمدت را محدود کرده است.

اکنون تیمی از پژوهشگران به سرپرستی «دکتر بون‌چئول کو» و «دکتر سو گیون کیم» از مرکز تحقیقات مواد کامپوزیت کربنی KIST، با همکاری «پروفسور یوانژه پیائو» از دانشگاه ملی سئول، موفق به ساخت ابرخازنی نوین با ترکیبی ابتکاری از نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره (CNT) و پلی‌آنیلین (PANI) شده‌اند؛ پیشرفتی که هم توان بالا و هم ظرفیت انرژی بالا را همزمان ممکن می‌سازد.

در این فناوری، نانولوله‌های کربنی که به رسانایی بالای خود معروف هستند، به‌صورت شیمیایی و یکنواخت با پلی‌آنیلین که ماده‌ای ارزان‌قیمت و فرآیندپذیر است، در مقیاس نانو ترکیب شده‌اند. نتیجه این پیوند، ساختار فیبری پیشرفته‌ای است که هم انتقال الکترون‌ها و هم جابه‌جایی یون‌ها را بهبود می‌بخشد و در نهایت منجر به ابرخازنی با ظرفیت انرژی بالا و قدرت تخلیه سریع‌تر می‌شود.

این ابرخازن جدید توانسته است حتی پس از ۱۰۰ هزار چرخه شارژ و تخلیه، عملکردی پایدار از خود نشان دهد و در محیط‌های با ولتاژ بالا نیز دوام بیاورد. چنین ویژگی‌هایی آن را به گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی یا تکمیل باتری‌ها تبدیل کرده است. به‌عنوان مثال در خودرو‌های برقی، این فناوری می‌تواند با شارژ سریع، انرژی را به شکلی مؤثر تأمین کند و در عین حال برد و کارایی خودرو را افزایش دهد.

افزون‌بر آن، به‌دلیل انعطاف‌پذیری مکانیکی بالای الیاف کامپوزیتی CNT-PANI، این ابرخازن‌ها قابلیت خم شدن و تا شدن دارند؛ ویژگی‌ای که امکان استفاده از آنها را در ابزار‌های پوشیدنی نسل آینده فراهم می‌سازد. حتی در کاربرد‌هایی مانند رباتیک و پهپاد‌ها می‌توان انتظار عملکرد مطمئن‌تر و زمان فعالیت طولانی‌تر داشت.

از دیگر نکات برجسته این پروژه، کاهش هزینه تولید و امکان‌پذیری تولید انبوه است. اگرچه نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره ویژگی‌هایی فوق‌العاده دارند، هزینه بالای تولید آنها همواره مانعی برای تجاری‌سازی‌شان بوده است. ترکیب این نانومواد با پلی‌آنیلین نه‌تنها هزینه‌ها را به‌شدت کاهش داده، بلکه امکان تولید ساده و در مقیاس بزرگ را نیز فراهم آورده است. تیم تحقیقاتی حتی موفق شده‌اند ساختار‌هایی فیلم‌مانند از این فناوری تولید کنند که گامی مهم به سوی صنعتی‌سازی است.

به نقل از ستاد نانو، دکتر کو در این باره می‌گوید: این فناوری با ترکیب نانولوله‌های کربنی و پلیمر‌های رسانا، نقطه ضعف‌های ابرخازن‌ها را برطرف کرده است. ما به توسعه و صنعتی‌سازی الیاف کربنی با عملکرد بسیار بالا ادامه خواهیم داد.

بدین ترتیب، ابرخازن جدید KIST می‌تواند نه‌تنها نیاز‌های روزافزون ذخیره‌سازی انرژی را پاسخ دهد، بلکه راه را برای گذار به جامعه‌ای کربن‌خنثی هموار کند. این فناوری می‌تواند در صنایع گوناگون از جمله خودرو‌های برقی، ربات‌ها و فناوری‌های پوشیدنی نقشی کلیدی ایفا کند و نویدبخش انقلابی در عرصه ذخیره‌سازی انرژی باشد.

منبع: خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)