از لاک خرچنگ تا پیل سوختی

محققان چینی می‌گویند که برای ساخت الکترودهای کربنی نانوساختار با عملکرد بالا برای تبدیل و ذخیره انرژی، می‌توان از لاک خرچنگ‌ها (پوسته محافظ آنها) به‌عنوان قالب استفاده کرد.

محققان چینی می‌گویند که برای ساخت الکترودهای کربنی نانوساختار با عملکرد بالا
برای تبدیل و ذخیره انرژی، می‌توان از لاک خرچنگ‌ها (پوسته محافظ آنها) به‌عنوان
قالب استفاده کرد.

مواد کربنی کاربردهای بالقوه بسیاری از جمله استفاده به‌عنوان الکترودها در پیل‌های
سوختی و ابرخازن‌ها، دارند. ساختار متخلخل مواد کربنی استفاده شده در این کاربردها،
که بواسطه خواص فیزیکوشیمیایی‌شان شناخته شده‌اند، معمولاً بوسیله یک قالب سخت
متخلخل از قبیل زئولیت و سیلیکا کنترل می‌شود. این فرآیند معمولاً شامل استفاده از
اسید هیدروفلئوریک برای حذف این قالب‌ها است که می‌تواند پیچیده و پرهزینه باشد.

 

 

آرایه‌های نانوالیاف کربنی متخلخل را می‌توان با استفاده از لاک خرچنگ‌ها به‌عنوان
یک قالب، ساخت.

 

یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه فودان به رهبری یانگ- یو زیا، شرح داده است که
لاک خرچنگ در سطح میکروسکوپی یک ساختار متخلخلِ کاملاً همراستا دارد. آنها
با بهره‌گیری از این ساختار بی‌نظیر و ترکیب این قالب سخت لاک خرچنگ با یک
روش قالب‌گیری نرم شناخته‌شده، آرایه‌های نانوالیاف کربنی متخلخلی ساخته‌اند.
زیا توضیح می‌دهد که قالب‌های زیستی در مقایسه با قالب‌های مصنوعی عموماً
فراوان، تجدید‌پذیر، ارزان و زیست‌سازگار هستند.

بعد از سوختن لاک خرچنگ در هوا، این قالب متخلخل به‌طور عمده شامل کربنات
کلسیم می‌شود. اضافه‌کردن یک قالب کوپلیمر نرم و یک پیش‌ران محلول، منجر به
تشکیل این چارچوب کربنی می‌شود. گرم‌کردن تحت گاز نیتروژن این قالب نرم را
حذف می‌کند و قالب سخت را نیز می‌توان در اسید هیدروکلریدریک حل کرد.

روژانگ، یک متخصص در مواد کربنی متخلخل در موسسه‌ی فناوری شانگهای می‌گوید:
این قالب‌ سخت لاک خرچنگ نه‌تنها به آسانی حذف می‌شود بلکه تخلخل سلسله
مراتبی و همراستایی دارد. این تخلخل سلسه‌مراتبی (دارای سه نوع اندازه ) به
آرایه‌های نانوالیاف کربنی قالب‌گیری‌شده با لاک خرچنگ منتقل می‌شود. بزرگ‌ترین
خلل و فرج از فشرده‌سازی نانوالیاف، و خلل و فرج متوسط از فضاهای خالی بین
این نانوالیاف تشکیل می‌شوند. نانوالیاف کربنی نیز خودشان شامل کوچکترین
خلل و فرج هستند.

زیا می‌گوید: این ساختار متخلخل برای ذخیره بار مناسب است. آن می‌تواند به‌عنوان
یک ماده‌ی الکترودی در ابرخازن‌ها برای جذب و دفع یون‌ها و در پیل‌های
سوختی برای بارگذاری کاتالیست پلاتین/ پالادیوم استفاده شود. این ماده با
توجه به ساختار پیچیده و سطح ویژه بالایش نتایج عالی در هر دوی این
کاربردها نشان می‌دهد.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی J. Mater. Chem. منتشر کرده‌اند.