نانو ابر خازن ها و خاصیت ذخیره جریان الکتریکی در نانو لوله های CNT و گرافن (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : چون نانو لوله های کربنی تو خالی هستند بنابراین امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها می باشد. پس با قرار دادن فلزات درون آن می توان هم خواص الکتریکی را بهبود بخشید و هم ذخیره سازی انرژی را انجام داد.
نانو ابر خازن رشته ای هم امکان عبور جریان و هم ذخیره سازی انرژی را دارد. برای ساخت این رشته، از سیم مسی و لایه های نانو مقیاس پلاستیکی استفاده شده است.تا کنون از کابل و سیم برای ذخیره جریان الکتریسیته استفاده میشد. اما یک رشته نانو سیم مسی سبک میتواند علاوه بر انتقال الکتریسیته، انرژی را نیز در خود ذخیره کند .از یک نانوساختار برای هدایت و ذخیره سازی استفاده میشود. چنین سیمی میتواند در داخل نانو لوله های تک لایه CNT برای ذخیره جریان استفاده گردد. نانو سیم مسی، یک غلاف نانو مقیاس قرار دارند. و این غلاف با یک آلیاژ ویژه ترکیب شده و در نهایت الکترودی ایجاد میکند.
ابر خازن ها برای ذخیره سازی نیاز به الکترود دیگری نیز دارند. آنها برای این کار یک لایه پلاستیک نازک روی سطح غلاف قرار دارد و روی آن را با فلز دیگری پوشانده شده است. برای اتصال این لایه ها به هم از یک ژل ویژه نیز استفاده میشود. به دلیل وجود نانو لایه ی عایق،در ابر خازن ها رشته سیم درونی میتواند نقش انتقال دهندهی جریان را ایفا کند و الکترود خارجی نیز به صورت مستقل امکان ذخیره سازی را فراهم میکند. در این صورت ابرخازنی از جنس مس تولید میشود که هم امکان عبور جریان و هم ذخیره سازی را دارد. توماس معتقد است با مواد دیگر نیز میتوان چنین ابرخازنی تولید کرد. ذخیره انرژی و رسانایی الکتریکی کابل های نانو لوله ای میتواند در حد رسانایی سیم های فلزی باشد، در بین ترکیبات مختلف استفاده شده در ابرخازنها، مواد پایه گرافنی به ویژه گرافن سه بعدی به دلیل ساختار منحصر بفرد سه بعدی راه را برای نفوذ الکترولیت تسهیل کرده و سبب افزایش ذخیره انرژی میشوند. همچنین هدایت الکتریکی بالا و مساحت سطح زیاد از جمله دیگر مزایای این نوع ساختارهای متخلخل سه بعدی میباشد که پتانسیل بالقوهای برای کاربرد در نانو ابرخازن ها پیدا کرده اند.
یکی از روش های بهینه سازی خواص سیستم های ذخیره ساز انرژی، توسعه مواد جدید برای کاربرد به عنوان ماده الکترود در نانو ابرخازنها میباشد. مواد کربنی نظیر گرافن، نانو لوله های کربنی، گرافیت، کربن نانو فایبر و ... به دلیل هدایت الکتریکی خوب، ارزان و در دسترس بودن، زیست سازگاری و پایداری شیمیایی خوب نقش مهمی در نانو ابر خازنها ایفا میکنند که یکی از جدیدترین این ساختارهای کربنی گرافن سه بعدی میباشد که به دلیل ساختار منحصر بفرد سه بعدی راه را برای نفوذ الکترولیت تسهیل کرده و مساحت سطح زیاد و هدایت الکتریکی بالایی دارد .
نتیجه گیری:
نانو ابرخازن ها نیز از نظر ساختمان و ساز و کار شباهت زیادی به خازنها دارند (در مقیاس نانو)، با این تفاوت که مساحت سطح الکترودها به دلیل تخلخل-های فراوان در ابر خازن بیشتر میباشد که منجر به افزایش ظرفیت ذخیره انرژی در ابر خازن ها نسبت به خازن های معمولی میشود. چگالی انرژی نانو ابر خازن ها از خازن های دی الکتریک معمول بسیار بیشتر است.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)