گرافن شبه اسفنجی الکترودهای ابرخازن نویدبخشی می‌سازد

مطالعه جدیدی که بوسیله محققان دانشگاه آلبرتو و شورای تحقیق ملی کانادا انجام شده ‏است، نشان می‌دهد که ابرخازن‌ها توان بالقوه بزرگی برای اصلاحات مداوم دارند. ‏

مطالعه جدیدی که بوسیله محققان دانشگاه آلبرتو و شورای تحقیق ملی کانادا انجام شده ‏است، نشان می‌دهد که ابرخازن‌ها توان بالقوه بزرگی برای اصلاحات مداوم دارند. این ‏محققان ماده جدیدی ساخته‌اند که آن را بواسطه ساختار ماکرومتخلخلش، گرافن شبه ‏اسفنجی نامیده‌اند. آنها شرح داده‌اند که این ماده را می‌توان برای ساخت الکترودهای ‏ابرخازن استفاده کرد.‏

ابرخازن‌ها با این الکترودهای جدید، موقعی که در چگالی‌های پایین توان عمل می‌کنند، ‏چگالی انرژی خوبی دارند؛ اما جذابیت اصلی آنها موقع عمل کردن در چگالی‌های فوق‌العاده ‏بالای توان حدود چهل و هشت هزار وات بر کیلوگرم است که قادر به تحویل چگالی انرژی ‏جالب هفت و یک دهم وات‌ساعت بر کیلوگرم خواهند بود.‏

همانطور که این محققان توضیح می‌دهند، آنها از نانولوله‌های کربنی چندجداره و ‏مولکول‌های فثالوسی‌آنین ‏‎(PC)‎‏ کبالت که به سایت‌های هسته‌زا در این چارچوب نانولوله‌ای ‏متصل بودند، این گرافن شبه اسفنجی را ساختند. این مواد جهت تولید گرافیت برای ۲۰ دقیقه ‏با امواج میکروویو گرم شدند و سپس جهت تبدیل گرافیت به ورقه‌های گرافنی با یخ – آب ‏فورا سرد شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر نشان می‌دهند که این ساختار ‏کربنی یک شکل شبه اسفنجی بسیار یکنواخت  دارند.‏

filereader.php?p1=main_a1a7a3af27a674d1c
فرآیند سنتزی که در آن گرافن بین نانولوله‌های کربنی رشد ‏کرده و منجر به گرافن شبه اسفنجی سه بعدی می‌شود. ‏

این محققان در آزمایش‌های خود، شرح دادند که الکترودهای ساخته شده از این گرافن ‏شبه اسفنجی در دو الکترولیت معمول استفاده شده در ابرخازن‌ها (مایع یونی و آبکی) پایدار ‏هستند. در حالی که بسیاری از الکترودهای ابرخازنی فقط در دماهای ۶۰ درجه سلسیوس ‏‏(۱۴۰ درجه فارانهایت) یا بالاتر، خوب عمل می‌کنند، این الکترودهای گرافنی شبه اسفنجی ‏در دمای اتاق بسیار خوب کار می‌کنند. این محققان عملیات خوب دما- اتاق و توانایی برای ‏انتقال سریع الکترولیتی ( و در نتیجه چگالی بالای توان) را به ساختار ماکرومتخلخل شبه ‏اسفنجی این الکترود نسبت می‌دهند.‏

این الکترودهای شبه اسفنجی همچنین یک عمر چرخه عالی دارند. بعد از حدود ۱۰۰۰۰ ‏چرخه شارژ – تخلیه، این الکترودها در الکترولیت مایع یونی ۹۰ درصد و در الکترولیت ‏آبکی ۹۸ درصد ظرفیت‌شان را حفظ کردند. ‏

ژی لی، یکی از این محققان، گفت: «ما یک روش مناسب برای ساخت گرافن در فضای ‏محدود دیگر نانومواد شرح دادیم. مولکول‌های ‏PC، کوچک و کمتر از ۲ نانومتر هستند و ‏می‌توانند در فضای کوچک دیگر نانومواد جا گیرند. بعد از کربونیزاسیون و سرد شدن ‏ناگهانی، مولکول‌های ‏PC‏ بطور درجا به گرافن تبدیل می‌شوند.»
 ‏
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Journal of Physical ‎Chemistry Letters‏ منتشر کرده‌اند.‏