استفاده از نانوسیم اکسید کبالت در ابرخازن

اخیرا ماده جدیدی برای استفاده در خازن‌ها ارائه شده است که نسبت به مواد فعلی کارایی بیشتری دارد. این ماده ترکیبی از کربن و اکسید فلزی بود که دارای تخلخل بیشتری نسبت به مواد رایج است.

اخیرا ماده جدیدی برای استفاده در خازن‌ها ارائه شده است که نسبت به مواد
فعلی کارایی بیشتری دارد. این ماده ترکیبی از کربن و اکسید فلزی بود که
دارای تخلخل بیشتری نسبت به مواد رایج است.

ابرخازن‌هایی که به‌صورت تجاری در بازار وجود دارند، انرژی را به‌صورت
دولایه باردار در مقابل یکدیگر ذخیره می‌کنند، با این کار امکان شارژ/دشارژ
بسیار سریع و همچنین امکان میلیونها بار شارژ شدن وجود دارد. محققان اخیرا
مواد الکترودی مختلف برای بهبود عملکرد ابرخازن‌ها ارائه کرده‌اند. این
مواد مبتنی بر مواد کربنی متخلخل بوده که به‌دلیل مساحت سطح بالا، ساختار
قابل تنظیم، هدایت الکتریکی بالا و هزینه تولید پایین برای استفاده در
ابرخازن‌ها بسیار مناسب هستند. براساس مکانیسم‌های ذخیره‌سازی بار
الکتریکی، ابرخازن‌ها به دو دسته مختلف تقسیم بندی می‌شوند: ابرخازن‌های دو
لایه الکتریکی و شبه خازن‌ها. شبه خازن‌ها دارای مقدار ظرفیت بیشتری نسبت
به ابرخازن‌های دو لایه الکتریکی هستند.

 
حسام الشریف استاد رشته مهندسی مواد از دانشگاه ملک عبدالله می‌گوید اکسید فلزات
واسطه مواد ایده‌آلی برای استفاده در شبه خازن‌ها هستند زیرا این دسته از مواد
می‌توانند حالت‌های اکسیداسیون مختلفی برای انتقال بار ردوکس فراهم کنند. هرچند که
اکسید روتنیوم به‌عنوان ماده‌ای مناسب جهت استفاده در شبه خازن‌ها شناخته شده است
اما مشکلاتی نظیر هزینه تولید بالا، تخلخل پایین و سمی بودن باعث شده تا این ماده
تجاری نشود. از این رو این تیم تحقیقاتی الکترودهای جدیدی برای استفاده در شبه
خازن‌ها ارائه کرده است. نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Substrate
Dependent Self-Organization of Mesoporous Cobalt Oxide Nanowires with Remarkable
Pseudocapacitance در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.

در این پروژه از ترکیب کربن و اکسید فلز واسطه استفاده می‌شود که هر یک به‌صورت
جداگانه تهیه شده است. البته این روش باید دسترسی الکترولیت را به تمام بخش‌های
الکترود محدود کند و در نهایت موجب کاهش کارایی شود اما در این پروژه فاکتورهای مهم
مختلفی در نظر گرفته شده که در نهایت عملکرد دستگاه افزایش می‌یابد.

الشریف میگوید ما الکترودی طراحی کردیم که تخلخل زیادی دارد با این کار مساحت سطحی
افزایش یافته و نرخ واکنش ردوکس نیز بیشتر میشود. ما از یک فرآیند هسته‌زایی مبتنی
بر زیرلایه استفاده کردیم که در آن هر نانوسیم با سطح جمع کننده جریان در تماس است.
نانوسیم‌های اکسیدکبالت که ما روی ورق فیبری رشد دادیم با استفاده از خودسازماندهی
تبدیل به ساختاری برس شکل می‌شود، این درحالی است که نانوسیم‌های رشد یافته روی یک
سطح کربنی با خودسازماندهی تبدیل به ساختاری گُل شکل می‌گردند.