برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)


آرایه‌ی سه بعدی منحصربه‌فرد نانوروزنه‌های کربن با قالب‌گذاری زئولیت، می‌تواند آن را به عنوان الکترود، آماده‌ی استفاده در ابرخازن‌هایی کند که ظرفیت بالا و زمان شارژ اندکی دارند.


به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، به منظور توسعه‌ی نسل بعدی وسایل نقلیه‌ی الکتریکی، سیستم‌های انرژی خورشیدی و سایر فن‌آوری‌های انرژی‌های پاک، پژوهشگران به یک راه کارآمد برای ذخیره‌ی انرژی نیاز دارند. یکی از قطعات کلیدی در ذخیره‌ی انرژی برای کاربردهای این‌چنینی و نیز سایر کاربردها، ابرخازن است که خازن الکتریکی دو لایه (electric double-layer capacitor) نیز نامیده می‌شود. در مطالعه‌ای جدید، پژوهشگران امکان استفاده از ماده‌ای به نام کربن با قالب زئولیت (zeolite-templated carbon) را به عنوان الکترود در این خازن‌ها بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که ساختار روزنه‌ای منحصربه‌فرد این ماده به نحو چشم‌گیری کارایی کلّی خازن را بهتر می‌کند.

چهار پژوهشگر ژاپنی از دانشگاه توهوکو در سندای ژاپن، نتایج بررسی‌هایشان را بر روی این خازن دو لایه‌ی‌ با کارایی بالا، در مقاله‌ای جدید در مجله‌ی انجمن شیمی امریکا منتشر نموده‌اند.

این خازن دو لایه برای ذخیره‌ی انرژی توسط یون‌هایی که از یک محلول فشرده به یک الکترود انتقال پیدا می‌کنند و در سطح آن جذب می‌شوند، شارژ می‌شود. پیش از رسیدن به سطح الکترود، این یون‌ها باید به سریع‌ترین و کارآمدترین شکل ممکن از میان نانوروزنه‌های باریک موجود بر سر راه‌شان عبور کنند. اساساً هر قدر یون‌ها بتوانند سریع‌تر از این مسیرها عبور کنند، خازن می‌تواند سریع‌تر شارژ شود و نتیجه‌ی نهایی آن خازن با سرعت کارکرد بالا است. همچنین هرچه اندازه‌ی چگالی یون‌های جذب شده در الکترود بیشتر باشد، مقدار بار یا انرژی‌ای که خازن می‌توان ذخیره کند، افزایش خواهد یافت که نتیجه‌ی این مسأله خازنی با ظرفیت بالاتر در واحد حجم است.

به تازگی دانشمندان موادی را با اندازه‌ها و ساختارهای گوناگون در روزنه‌هایشان آزمایش کرده‌اند تا به هر دو مورد انتقال سریع یون‌ها و چگالی بالا در جذب سطحی یون دست پیدا کنند. امّا این دو مورد به تا حدی متضاد هم هستند؛ به این دلیل ‌که یون‌ها از میان روزنه‌های بزرگتر، سریع‌تر عبور می‌کنند، امّا روزنه‌های بزرگ موجب کاهش چگالی الکترود می‌شوند و بنابراین چگالی یون‌های جذب شده را کم می‌کنند.

نیشی‌هارا (Nishihara)، یکی از چهار پژوهشگر درگیر در این کار می‌گوید: «در این کار، ما با موفقیت نشان داده‌ایم که هر دو خواسته‌ی به‌ظاهر متناقض گفته شده، یعنی چگالی توان و ظرفیت خازنی بالا در واحد حجم، را می‌توان با کربن با قالب زئولیت برآورده کرد.»

کربن با قالب زئولیت، شامل نانوروزنه‌هایی است که قطری برابر با 1.2 نانومتر دارند (کوچک‌تر از بیشتر مواد الکترودی) و نیز ساختاری بسیار منظم دارند (برخلاف سایر روزنه‌ها که می‌توانند نامنظم و تصادفی باشند). اندازه‌ی کوچک این روزنه‌ها چگالی یون‌های جذب شده را زیاد می‌کند، در صورتی‌که ساختار منظم این ماده -که شبیه الماس دارای چارچوب مشخصی است- به یون‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت از میان نانوروزنه‌ها عبور کنند. در مطالعه‌ای که پیش از این انجام شده بود، پژوهشگران نشان داده بودند که کربن با الگوی زئولیت، با روزنه‌هایی کمتر از 1.2 نانومتر، نمی‌توانند باعث انتقال سریع یون‌ها شوند و پیشنهاد داده بودند که این اندازه می‌تواند تعادل بهینه بین سرعت و ظرفیت بالا را برقرار کند.

در آزمایش‌ها، ویژگی‌های امیدوارکننده‌ی کربن با الگوی زئولیت، از سایر مواد پیشی گرفته است که قابلیت آن را در استفاده به عنوان الکترودی برای خازن الکتریکی دو لایه‌ی با کارایی بالا نشان می‌دهد.

نیشی‌هارا می‌گوید: «هم‌اکنون ما در حال تلاش برای افزایش هرچه بیشتر چگالی انرژی کربن با الگوی زئولیت تا حد باتری‌های کمکی هستیم. اگر چنین خازن الکتریکی دو لایه‌ای ساخته شود و برای ادوات سیار مانند تلفن‌های همراه استفاده شود، زمان لازم برای شارژ آن‌‌ها می‌تواند به چند دقیقه کاهش پیدا کند. یک کاربرد مهم دیگر برای این خازن دو لایه، پشتیبانی باتری‌های کمکی در وسایل نقلیه‌ی الکتریکی به منظور افزایش طول عمر باتری است. برای این منظور علاوه بر مورد فوق، دست‌یابی به چگالی انرژی بیشتر، یکی از موضوعات اصلی است.»

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :