پژوهشگران گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر توانستند با استفاده از یک روش کاملاً نو و ابداعی دو مرحله‌ای برای تهیه الکترودهای ابرخازنی کامپوزیتی گرافن- هگزاسیانوفرات منگنز، خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی را در این ابرخازن‌ها به‌طور چشمگیری بهبود دهند.
افزایش توان و چگالی انرژی باتری‌ها و ابرخازن‌ها با فناوری نانو
پژوهشگران دانشگاه ملایر با استفاده از یک روش دومرحله‌ای ساده و در عین حال کارآمد برای تهیه الکترودهای کامپوزیتی ابرخازنی و بدون بایندر شامل رسوب الکتروفورتیک بستر کربنی (در این تحقیق، نانوورقه‌های گرافن) و رسوب الکتروشیمیایی ماده فعال (در این تحقیق، نانومکعب‌های هگزاسیانوفرات منگنز) بر روی بستر کربنی، مساحت سطح ویژه و هدایت الکتریکی الکترود را افزایش دادند به‌طوری‌که در ظرفیت، توان و چرخه‌پذیری این ابرخازن‌ها افزایش قابل‌توجهی حاصل شد.
عقیده مجریان طرح بر این است که با روش به‌کارگرفته‌شده نه‌تنها کارایی الکترود مذکور بهبود می‌یابد، بلکه روشی نو و مؤثر در ساخت دیگر الکترودهای ابرخازنی یا باتری به سایر محققان معرفی می‌شود که منجر به پیشرفت در حوزه انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر خواهد شد.
مهدی کزازی استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر و نویسنده مسئول این طرح با اشاره به لزوم توسعه انرژی پاک گفت: «عصر حاضر، دوره حفاظت محیط زیست و توسعه انرژی پاک و تجدیدپذیر است. مصرف سوخت‌های فسیلی به علت انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی هوا، محدود شده است. در این رابطه، منابع جایگزین انرژی همچون انرژی باد و انرژی خورشیدی، به‌عنوان راهکاری اساسی باید توسعه داده شوند. به هر حال، این منابع غیردائمی باید همواره با سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی همراه شوند تا بر مشکل فقدان گاه‌وبیگاه این منابع فائق آمده و از دسترسی دائمی انرژی اطمینان حاصل کرد. سامانه‌های الکتروشیمیایی، از قبیل ابرخازن‌ها که می‌توانند به طور مؤثری انرژی الکتریکی را ذخیره کنند و به هنگام نیاز تحویل دهند، نقش تعیین‌کننده‌ای را در این زمینه بازی می‌کنند. در این مقاله از یک روش کاملاً نو و ابداعی دو مرحله‌ای برای تهیه الکترودهای ابرخازنی کامپوزیتی گرافن- هگزاسیانوفرات منگنز استفاده شده است و در ادامه مشخصه‌یابی و خواص ذخیره‌سازی انرژی در این الکترودها به دقت مطالعه شدند. نتایج به‌دست‌آمده، بهبود قابل‌توجه خواص الکتروشیمیایی و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی را در الکترودهای تهیه‌شده نشان می‌دهند.»
وی در ادامه گفت: «در طرح حاضر چندین نکته کلیدی دنبال شده است، از جمله اینکه در این طرح بر مبنای تجربیات طرح‌ها و مقالات قبلی، از یک روش دومرحله‌ای ساده و کارآمد برای تهیه الکترودهای ذخیره‌سازی انرژی ابرخازنی استفاده شده است که دارای چندین مزیت است. اول اینکه این روش به صورت رسوب مستقیم است و در آن از هیچ چسب و بایندر مخربی استفاده نمی‌شود. دوم اینکه در این روش از یک بستر کربنی استفاده می‌شود که در این کار از نانوورقه‌های گرافن بدین منظور استفاده شده است. این بستر رسانا علاوه بر بهبود هدایت ماده فعال هگزاسیانوفرات منگنز، سبب افزایش مساحت سطح ویژه آن شده و در نتیجه ظرفیت و توان افزایش می‌یابد. همچنین استفاده از ساختار نانومقیاس منظم در تهیه ماده فعال هگزاسیانوفرات منگنز به صورت نانومکعب است که سبب افزایش مساحت سطح ویژه و در نتیجه افزایش نرخ جریان‌دهی و توان ابرخازن می‌شود. همچنین، به دلیل اینکه نانومکعب‌ها به صورت منظم بر روی بستر نانوورقه‌های گرافن نشانده شدند، از آگلومره شدن آن‌ها جلوگیری شده است.»
کزازی درباره ویژگی‌های شاخص الکترودهای به‌کاررفته در این طرح گفت: «مواد فعال نانوساختار بر پایه هگزاسیانوفرات فلز به طور گسترده در ساخت الکترودهای انواع سامانه‌های ذخیره‌ساز الکتروشیمیایی انرژی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که دلیل اصلی برای این مهم ساختار باز و تونلی آن‌ها است که سبب ورود و خروج نسبتاً آسان یون‌های الکترولیت به درون ساختار آن‌ها می‌شود. به همین خاطر این مواد فعال به طور گسترده در ساخت الکترودهای باتری‌های تک و یا چند ظرفیتی از قبیل باتری‌های سدیم- یون، منیزیم- یون و آلومینیوم- یون و همچنین انواع ابرخازن‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.»
کزازی در حوزه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به خصوص باتری‌های آلومینیوم- یون پایه آبی با کشور چین و جمهوری چک نیز همکاری داشته است.
از نتایج این تحقیق می‌توان در کارخانه‌های تولید باتری‌های لیتیمی و باتری‌های اسیدی سرب موجود در کشور بهره گرفت.
بخشی از مقاله حاصل پایان نامه کارشناسی ارشد خانم مهشید فاریابی به راهنمایی آقای دکتر مهدی کزازی استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه ملایر و نویسنده مسئول این طرح بوده است که تحت حمایت مالی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور توسط دکتر کزازی تکمیل و مقاله آن نوشته شده است. این مقاله با عنوانElectrochemically anchored manganese hexacyanoferrate nanocubes on three-dimensional porous graphene scaffold: Towards a potential application in high-performance asymmetric supercapacitors برای انتشار در مجله JOURNAL OF POWER SOURCES با ضریب تأثیر ۷٫۴۶۷ موردپذیرش قرار گرفته است.
