بزرگنمايي:

خبر یزد - ایسنا / روشی ساده برای سنتز نوعی ماده کربنی متخلخل ارائه شده که استفاده از آنها در ابرخازن‌ها موجب افزایش 30 درصدی ظرفیت می‌شود.
ابرخازن‌ها در قلب ادوات ذخیره‌سازی انرژی مدرن قرار دارند و به سرعت شارژ و دشارژ می‌شوند تا انرژی همه چیز از اتوبوس‌های برقی گرفته تا تجهیزات صنعتی را تامین کنند. عملکرد ابرخازن‌ها به الکترودهای آنها بستگی دارد که از مواد کربنی پر شده است، موادی که با منافذ میکروسکوپی می‌توانند میزبان بارهای الکتریکی باشند و این بارها در آن جمع شوند. ایجاد این منافذ دقیقاً در اندازه مناسب، کمتر از یک نانومتر، چالشی همیشگی در توسعه فناوری ادوات ذخیره‌سازی انرژی است.
دانشمندان در سال 2006 به کشف شگفت‌انگیزی دست یافتند؛ حفره‌های کوچک‌تر می‌توانند بار الکتریکی بیشتری نسبت به حفره‌های بزرگ‌تر ذخیره کنند. این یافته رویکرد مرسوم به حداکثر رساندن سطح از طریق حفره‌های بزرگتر را تغییر داد. وقتی حفره‌ها خیلی کوچک می‌شوند، کمتر از نیم نانومتر، حرکت ذرات باردار را مسدود می‌کنند. اندازه ایده‌آل نانوحفره‌ها چیزی بین نیم تا یک نانومتر است.
روش‌های تولید فعلی نمی‌توانند به طور قابل اعتماد حفره‌های با چنین اندازه‌های خاصی ایجاد کنند. فعال‌سازی شیمیایی باعث ایجاد حفره‌هایی با اندازه‌های مختلف می‌شود. استفاده از قالب‌های سخت مانند سیلیس نیاز به پردازش پیچیده و پرهزینه دارد. قالب‌های نرم ساخته شده از مولکول‌های آلی اغلب در طول تولید فرو می‌ریزند. در نتیجه، ابرخازن‌های تجاری از مواد کربنی با اندازه‌های منافذ ناسازگار استفاده می‌کنند که ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و سرعت شارژ آنها را محدود می‌کند.
محققان دانشگاه فودان با استفاده از نقاط کربن به عنوان الگو، مواد کربنی با حفره‌های با اندازه دقیق ایجاد کردند. این یافته‌ها در Advanced Functional Materials منتشر شده است.
این تیم با حرارت دادن اسید سیتریک و دی‌اتیلن تریامین تا 170 درجه سانتیگراد، نقاط کربنی را سنتز کردند. مخلوط کردن این نقاط در محلول پلیمری یک ژل ایجاد می‌کند. ترکیب این ژل با هیدروکسید پتاسیم باعث شکستن پیوندهای شیمیایی خاص در نقاط کربنی می‌شود. حرارت دادن تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد، منجر به تولید مواد کربنی با حفره‌های یکنواخت بین 0٫64 تا 0٫80 نانومتر می‌شود که ایده‌آل برای ذخیره بار الکتریکی است.
این ماده 515٫5 فاراد شارژ در هر گرم را ذخیره می‌کند و در عین حال چگالی 0٫81 گرم بر سانتی‌متر مکعب را دارد که 30 درصد ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر نسبت به مواد کربن فعال تجاری موجود در بازار است. این مزیت چگالی به این معنی است که وسایل نقلیه الکتریکی می‌توانند انرژی بیشتری را ذخیره کنند.
به نقل از ستاد نانو، این ماده چندین مشکل اساسی فعلی را حل می‌کند که پذیرش ابرخازن را محدود کرده است. با الکترولیت‌های مبتنی بر آب کار می‌کند که 50 تا 70 درصد کمتر از جایگزین‌های آلی قیمت دارند و خطرات ایمنی کمتری دارند. 99٫9 درصد از ظرفیت خود را پس از 10000 چرخه شارژ-دشارژ حفظ می‌کنند که بیش از دوام بسیاری از دستگاه‌های تجاری است.