نمونه اولیه ابرخازن‌های پوشیدنی از سوی محققان ایرانی عرضه شد

پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر تولید نمونه اولیه ابرخازن پوشیدنی را تولید کردند که کارایی این ابرخازن پس از شست‌وشو و هزار بار سیکل شارژ/تخلیه به میزان 98.3 حفظ شده است.

به گزارش پرتال دانشگاهی به گزارش ایسنا، صنعت تولید تجهیزات الکترونیکی به‌سرعت در حال پیشرفت است و شرکت‌های بزرگ تولید تجهیزات الکترونیک به دنبال افزودن قابلیت‌های متعدد از جمله قابلیت انعطاف پذیری بالا به محصولات خود هستند.

خازن‌ها جزء جدایی‌ ناپذیر در تجهیزات الکترونیکی به‌خصوص تجهیزات الکترونیکی قابل ‌حمل به شمار می‌روند. از این ‌رو برای استفاده در ادوات الکترونیکی منعطف قابل حمل و یا منسوجات هوشمند، تولید خازن‌های انعطاف‌پذیر ضروری به نظر می‌رسد. بر این اساس محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر نمونه اولیه ابرخازن‌های پوشیدنی را تولید کردند.

وحید بابااحمدی از محققان این طرح با اشاره به مشکلات موجود در مسیر تولید تجهیزات الکترونیکی منعطف، گفت: در زمینه ساخت ادوات ذخیره کننده انرژی مشکلاتی نظیر عدم پایداری در برابر شست‌وشو و انعطاف کم ساختار وجود دارد که کاربرد گسترده آنها را با مشکل مواجه کرده است از این رو در این پژوهش با نشاندن نانوصفحات گرافن روی بستری از جنس پارچه پلی استر این مشکل تا حدود زیادی حل شد.

به گفته وی، در این طرح یک نمونه ابرخازن پارچه‌ای تولید شد که پایداری زیادی دارد و پس از شست‌وشو دچار افت کارایی نمی‌شود و می توان از آن در منسوجات هوشمند و یا ادوات الکترونیکی منعطف استفاده کرد.

احمدی با بیان اینکه تولید ابرخازن‌ها نیازمند ساختاری رسانا و با سطح مخصوص بزرگ است، یادآور شد: بر این اساس در این طرح این سطح بزرگ با استفاده از نانوصفحات گرافن تأمین شد و استفاده از الکترولیت حالت جامد موجب شد تا بتوان ساختار خازن را به یک ساختار منعطف تبدیل کرد. این ساختارهای سه ‌بعدی نانومتری موجب افزایش سرعت فعالیت‌های الکتروشیمیایی می‌شود که این امر در تبادل یون بسیار مؤثر است.

این محقق اضافه کرد: به دلیل سطح مخصوص بسیار بالا و همچنین پتانسیل تبدیل به گرافن به‌عنوان ترکیب اصلی جهت تولید ابرخازن مورد استفاده قرار گرفته است. اما این ترکیب علی‌رغم خواص منحصربه‌فرد، پایداری بسیار پایینی در برابر رطوبت از خود نشان می‌دهد. ازاین‌رو در این تحقیق با استفاده از مواد کراس‌لینک کننده امکان افزایش پایداری شست و شوی گرافن اکسید و الکترولیت حالت جامد (PVA-H2SO4) میسر شده است.

وی با بیان اینکه ساختار ابرخازن با استفاده از پرتودهی لیزر به ‌صورت مستقیم و با الگوی مشخص روی پارچه کراس لینک شده ایجاد می‌شود، ادامه داد: با توجه به حضور الکترولیت جامد کراس‌لینک شده، می‌توان یک پوشش یکنواخت روی سطح ایجاد کرد و پس از ایجاد ساختار خازنی از آنالیزهایی مانند پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی FESEM و رامان برای مشخصه یابی ساختار و از روش ولتامتری چرخه‌ای، امپدانس الکتروشیمیایی به‌منظور بررسی رفتار ذخیره‌سازی انرژی استفاده شده است.

بابا احمدی با اشاره به نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های آزمایشگاهی، اظهار کرد: نتایج به دست آمده نشان داد میزان دانسیته ذخیره انرژی در حالت‌های مختلف خمشی و پس از شست‌وشو 756 میکروفاراد بر سانتی‌متر مربع است و کارایی ابرخازن پس از هزار بار سیکل شارژ/تخلیه به میزان 98.3 حفظ شده است.

نمونه اولیه این نوع پارچه‌ها تولید شده و در اداره مالکیت‌های معنوی با شماره ثبت اختراع 94582 به ثبت رسیده است.

این طرح از سوی وحید بابااحمدی دانشجوی مقطع دکتری و دکتر مجید منتظر عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرایی و نتایج آن در مجله Journal of Power Sources با ضریب تاثیر 6.396 منتتشر شده است.