به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از بنیاد ملی علم ایران (INSF)، «طراحی، مدلسازی و ساخت ابرخازن نانوساختاری با کارایی بالا» طرح پژوهشی شهرام قاسمی‌میر، عضو هیئت‌علمی دانشگاه مازندران است که با حمایت بنیاد ملی علم ایران به پایان رسانده است.

قاسمی‌میر با مدرک دکتری تخصصی شیمی - شیمی تجزیه از دانشگاه تربیت مدرس درباره این طرح توضیح داد: افزایش تقاضای انرژی به‌دلیل رشد سریع جمعیت، افزایش استانداردهای زندگی، محدود بودن منابع سوخت‌های فسیلی و آلودگی شدید محیط زیست، دانشمندان را بیش‌ازپیش به سمت طراحی و ساخت سیستم‌های تبدیل و ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر سوق داده است.

وی در ادامه بیان کرد: از آن جایی‌ که سیستم‌های تبدیل انرژی عملکردی آنی دارند، وجود یک سیستم ذخیره‌کننده در کنار آن‌ها حائز اهمیت است. در میان سیستم‌های ذخیره انرژی الکتریکی، ابرخازن‌ها محدوده وسیعی از چگالی توان و انرژی را شامل می‌شوند که کامل‌کننده‌ خواص باتری‌ها و خازن‌های مرسوم است.

این محقق و پژوهشگر گفت: ازجمله مزایای ابرخازن‌ها می‌توان به ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی بالا، چگالی انرژی و توان بالا، پر و تخلیه شدن سریع و پایداری چرخه‌ای طولانی آن‌ها اشاره کرد. الکترودها نقش بسیار مهمی در عملکرد ابرخازنی دارند. ازاین‌رو در این طرح، با بهره‌گیری از بستر مقرون‌به‌صرفه فوم نیکل و اصلاح آن با نانوچندسازه‌ای از نانوساختار کربنی و چارچوب فلز-آلی، ابرخازنی با کارایی بالا ساخته شد.

وی تصریح کرد: بدین منظور، پس از طراحی ساختارها، ویژگی‌های آن‌ها توسط مدل‌سازی‌های رایانه‌ای ارزیابی شد. در ادامه، این ترکیبات در آزمایشگاه تهیه شده و به عنوان ماده‌ الکترود ابرخازن تحت بررسی‌های ساختاری و الکتروشیمیایی قرار گرفت. در نهایت، پس از بهینه‌سازی مؤلفه‌های مختلف، نمونه ابرخازن آزمایشگاهی ساخته شد.

این پژوهشگر ادامه داد: مطالعات نظری رایانه‌ای و پژوهش‌های عملی آزمایشگاهی انجام شده در طی اجرای این طرح نشان داد که نانومواد کربنی به‌دلیل مساحت سطح بالا، هدایت الکتریکی قابل توجه و پایداری فیزیکی و شیمیایی بسیار زیاد، ازجمله گزینه های‌ایده‌آل در طراحی الکترودهای سیستم‌های ابرخازنی محسوب می‌شوند.

قاسمی‌میر افزود: چارچوب‌های فلز-آلی نیز به‌دلیل خواص منحصر به فرد خود نظیر تخلخل بالا، انعطاف‌پذیری ساختاری، مساحت سطح بالا و حفرات با عامل‌های قابل تغییر، پتانسیل بسیار بالایی جهت استفاده به‌عنوان مواد الکترودی در ذخیره انرژی الکتریکی دارند. بر این اساس نانوچندسازه‌ای از نانومواد کربنی و چارچوب‌های فلز-آلی می‌تواند با تجمیع مشخصه‌های ذکر شده، کارایی بالایی در ذخیره بار در ابرخازن‌ها داشته باشد.

وی ادامه داد: نمونه ابرخازن تهیه شده در این پژوهش ظرفیت ویژه بسیار بالا، مقاومت الکتریکی بسیار اندک، چگالی انرژی و چگالی توان مناسب را در کنار پایداری چرخه‌ای خوب ارائه داد.

وی تأکید کرد: در این مسیر، هزینه ساخت پایین، روش ساخت آسان و استفاده از مواد اولیه در دسترس و ترجیحاً دوست‌دار محیط زیست نیز در دستور کار قرار داشت.