عرضه نمونه اولیه ابرخازن‌های پوشیدنی در دانشگاه امیرکبیر

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صنعت تولید تجهیزات الکترونیکی به سرعت 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 به ویژه 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.

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 پایدار نبودن در برابر شست و شو و انعطاف کم ساختار وجود دارد که کاربرد گسترده آن‌ها را با مشکل مواجه کرده است از این رو در این پژوهش با نشاندن نانو صفحات گرافن روی بستری از جنس پارچه پلی استر این مشکل تا حدود زیادی حل شد.

وی افزود: در این طرح یک نمونه ابرخازن پارچه‌ای تولید شد که پایداری زیادی دارد و پس از شست و شو دچار افت کارایی نمی‌شود و می‌توان 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، گفت: بر این اساس در این طرح این سطح بزرگ با استفاده از نانو صفحات گرافن تأمین شد و استفاده از الکترولیت حالت جامد موجب شد تا بتوان ساختار خازن را به یک ساختار منعطف تبدیل کرد. این ساختار‌های ۳ بعدی نانومتری موجب افزایش سرعت فعالیت‌های الکتروشیمیایی می‌شود که این امر در تبادل یون بسیار مؤثر است.

این محقق افزود: به علت سطح مخصوص بسیار بالا و همچنین ظرفیت تبدیل به گرافن به عنوان ترکیب اصلی برای تولید ابرخازن مورد استفاده قرار گرفته است، اما این ترکیب به رغم خواص منحصر به فرد، پایداری بسیار پایینی در برابر رطوبت از خود نشان می‌دهد؛ از این رو در این تحقیق با استفاده از مواد کراس لینک کننده امکان افزایش پایداری شست و شوی گرافن اکسید و الکترولیت حالت جامد (PVA-H۲SO۴) 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، گفت: 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 به منظور بررسی رفتار ذخیره‌سازی انرژی استفاده شده است.

بابا احمدی با اشاره به نتایج به دست آمده از آزمون‌های آزمایشگاهی، افزود: نتایج به دست آمده نشان داد میزان دانسیته ذخیره انرژی در حالت‌های مختلف خمشی و پس از شست و شو ۷۵۶ میکروفاراد بر سانتی متر مربع است و کارایی ابرخازن پس از هزار بار سیکل شارژ، تخلیه به میزان ۹۸ و ۳ دهم حفظ شده است.

نمونه اولیه این نوع پارچه‌ها تولید شده و در اداره مالکیت‌های معنوی با شماره ثبت اختراع ۹۴۵۸۲ 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 تأثیر ۶.۳۹۶ منتشر شده است.