عمر باتری‌های لپ‌تاپ بی‌نهایت می‌شود

خبرگزاری مهر: محققان ایرانی پوشش‌های نانوکامپوزیتی آزمایشگاهی را سنتز کرده‌اند که در تولید ابرخازن‌ها کاربرد دارند و موجب بهبود عملکرد آنها خواهند شد. رشد و توسعه‌ جوامع بشری همواره مستلزم تولید و مصرف انرژی بوده است. مصرف سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر به‌عنوان منابع انرژی، به علت مشکلات زیست‌محیطی فراوان، هرگز جوابگوی بشر برای ادامه‌ بقا، توسعه و تکامل نخواهد بود. از سوی دیگر، رشد فزاینده‌ بازار تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند، افزایش تقاضا برای ساخت و توسعه‌ تجهیزات ذخیره‌ انرژی را به دنبال داشته است. ابرخازن‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین خوبی برای باتری‌های رایج امروزی باشند. مهدی شبانی نوش‌آبادی، عضو هیات‌علمی دانشگاه کاشان و مجری طرح اظهار کرد: در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با پوشاندن الکترود ابرخازن‌ها با یک نوع پوشش نانوکامپوزیتی، کارآیی و عملکرد آنها بهینه شود.

وی خاطرنشان کرد: این پوشش نانوکامپوزیتی به کمک یک روش ارزان، آسان و سازگار با محیط سنتز شده است که تولید این پوشش‌ها در مقیاس صنعتی را در آینده امکان‌پذیر می‌کند؛ هرچند این نوع پوشش‌ها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و راه زیادی تا تجاری‌سازی و استفاده از آنها در مقیاس‌های صنعتی باقی ‌مانده است. این محقق با مقایسه‌ باتری‌های لیتیومی رایج و ابرخازن‌ها، اظهار کرد: هرچند ابرخازن‌ها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم چگالی توان ویژه‌ بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهند، اما همچنان چگالی انرژی ویژه‌ پایین آنها در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم، به‌عنوان یک چالش جدی مطرح است. وی ادامه داد: این طرح در گام اول با هدف کاملا پژوهشی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است، اما امیدواریم در ادامه با تلاش‌های روزافزون در سنتز نانوکامپوزیت‌های موثرتر، خواص خازنی ابرخازن‌ها از جمله ظرفیت انرژی بالاتر، عمر چرخه‌ای بیشتر و مهم‌تر از همه چگالی انرژی ویژه‌ بالاتر، در مسیر کاربردی کردن این طرح، گام‌های بلندتری برداریم. نوش‌آبادی عنوان کرد: در طرح حاضر یک پوشش نانوکامپوزیتی متشکل از یک جزء گرافنی (اکسید گرافن) و یک جزء پلیمری سنتز شده است. روند سنتز به‌صورت یک فرآیند دومرحله‌ای بوده است.

وی ادامه داد: در مرحله‌ اول با استفاده از یک فرآیند الکتروشیمیایی، نانوصفحات گرافن روی الکترود کربن شیشه‌ای سنتز شده‌اند. در مرحله دوم پلیمر پلی آنیلین با روش الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای روی الکترود رسوب داده شده‌اند. وی افزود: به‌منظور شناسایی پوشش نانوکامپوزیت تثبیت شده روی الکترود از روش‌های میکروسکوپی، طیف‌نگاری و پراش استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی‌های خواص خازنی از آزمون‌های طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه‌ای استفاده شده است. براساس نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت پلی آنیلین/ گرافن دارای ظرفیت ویژه ۱۰۸۴ فاراد بر گرم، چگالی انرژی ویژه ۵۳.۱۲ وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ویژه ۵۰۰.۶۱ وات بر کیلوگرم در چگالی جریان ۳.۲۲ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع بوده است. نکته حائز اهمیت این است که افت IR در نانوکامپوزیت‌ها حتی در چگالی‌های جریان زیاد نیز قابل صرف‌نظر کردن است. ویژگی مذکور از مقاومت تماسی خیلی کم مواد تشکیل‌دهنده نانوکامپوزیت حکایت دارد. این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهدی شبانی نوش‌آبادی عضو هیات علمی دانشگاه کاشان و فاطمه زاهدی دانشجوی مقطع دکترای این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله ‌ Electrochimica Acta با ضریب تاثیر ۴.۷۹۸ (جلد ۲۴۵، سال ۲۰۱۷، صفحات ۵۷۵ تا ۵۸۶) منتشر شده است.