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.
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. 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.
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.
