تولید ابرخازن با استفاده از ساختار نانوکربنی

پژوهشگران دانشگاه کره ابرخازنی ساختند که می‌توان بدون نیاز به چسب اجزاء داخلی آن را به هم متصل کرد. الکترود این ابرخازن با استفاده از پیوند بین سطحی الیگومر نانوکربنی ساخته شده است. 

به گزارش ایسنا، پروفسور چو جین هان و کو یونگ-مین در این پروژه از گروه‌های عاملی آبدوست که سطح آن اصلاح شده استفاده کردند. نتایج این پروژه در نشریه Energy Storage Materials منتشر شده است.

ابرخازن‌ها بارهای الکتریکی را بر اساس واکنشی که به سرعت در سطح یک الکترود رخ می‌دهد، ذخیره می‌کنند. بنابراین، هنگامی که الکترود به شکل نانوذرات در می‌آید، مساحت زیادی ایجاد می‌کند که می‌تواند منطقه فعال را افزایش داده، در نتیجه راندمان انتقال بار افزایش می‌یابد. به منظور استفاده مؤثر از مزایای این نانوذرات، مهم است که آنها به طور یکنواخت در یک الکترود توزیع شوند و این کار باید با سایر اجزاء مانند پرکننده‌های رسانا یا اتصال‌دهنده‌های مورد نیاز برای تولید الکترود انجام شوند.

با این حال، روش پوشش متداول دوغاب، که در تولید الکترودها استفاده می‌شود، در هنگام استفاده از الکترودهای مبتنی بر نانوذرات محدودیت‌هایی دارد. برای تحقق چگالی انرژی بالا، نسبت اجزای پشتیبانی به مواد فعال به حداقل می‌رسد. از آنجا که نانوذرات دارای سطح خاص بالایی هستند، باید نسبت اجزای پشتیبان مورد نیاز برای تولید دوغاب افزایش یابد. علاوه بر این، لیگاند موجود در سطح نانوذرات یک ماده آلی عایق است که به عنوان مقاومت در یک الکترود عمل می‌کند.

در انتقال بار، قابلیت مرطوب‌سازی بین الکترود و الکترولیت نیز عاملی است که باید در نظر گرفته شود. در اکثر ابرخازن‌ها که از یک محلول الکترولیت آبی استفاده می‌کنند، مواد افزودنی (نانولوله‌های کربنی، سیاه کربن) یا اتصال‌دهنده‌ها (پلی (وینیلیدن فلوراید)) که مواد غیر قطبی هستند، یک لایه انتشار ضخیم در رابط بین الکترود و آن الکترولیت تشکیل می‌دهند. بدین ترتیب مانع انتقال بار می‌شود. نانولوله‌های کربنی یا کربن سیاه پراکندگی ضعیفی دارند و مستعد تجمع هستند که می‌تواند توزیع بار ناهموار را در الکترود القا کند.

برای حل این مشکلات، این تیم تحقیقاتی الیگومرهای نانو کربنی را در گروه‌های عاملی از طریق یک فرآیند شیمیایی روی کربن سیاه ایجاد کردند و با این کار یک مسیر انتقال بار ایجاد شد که بی‌نیاز از چسب بوده و با استفاده از نانوذرات فعال بوجود می‌آید.

الیگومرهای نانو کربن دارای گروه‌هایی هستند که می‌توانند بدون کمک یک چسب به طور مستقیم و به شدت به سطح نانوذرات ماده فعال متصل شوند. محققان نانوذرات با این کار خازنی ساختند که ظرفیت ۱۷۲۵ mFCm-۲ دارد.