افزایش ظرفیت انرژی الکترود‌های ابرخازن هیبریدی 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، ابرخازن‌ها نیز مانند باتری‌ها نوعی وسیلۀ ذخیرۀ انرژی هستند. در حالی که باتری‌ها انرژی را به صورت الکتروشیمیایی ذخیره می‌کنند، ابرخازن‌ها انرژی را به صورت الکترواستاتیکی ذخیره می‌کنند: یعنی از طریق تجمع بار روی سطوح الکترود خود.

ابرخازن‌های هیبریدی (Hybrid supercapacitors) با ترکیب الکترود‌های باتری و خازن مزایای هر دو ابزار را دارند. با اینکه برخی تکنیک‌ها به بخش فعال ابرخازن‌های هیبریدی اجازه می‌دهند مستقیماً روی سطح رسانا و بدون هیچ نگهدارنده‌ای (الکترود خودنگهدار) قرار بگیرند، میزان مواد فعال در این الکترود‌ها برای مصارف تجاری همچنان بسیار کم است.

اکنون، محققان روشی خلاقانه یافته‌اند تا نسبت جرم فعال را افزایش دهند و معیار‌های کلیدی را بهبود بخشند.
 
پیشرفت در بهره‌وری الکترود ابرخازن‌ها

وی گوئو (Wei Guo)، نویسندۀ اول این مطالعه و پژوهشگر دانشگاه پلی‌تکنیک نورث وسترن در چین (Northwestern Polytechnical University) می‌گوید: ابرخازن‌های هیبریدی هم ظرفیت بالایی برای ذخیرۀ انرژی و توان زیاد را دارند، هم دورۀ عمر درازی دارند و هم امن هستند و در عین حال نوید پیشرفت‌های بیشتری در عرصۀ ذخیرۀ انرژی الکتروشیمیایی را می‌دهند.»

«ما در مقاله خود مکانیسم جدیدی برای ساخت سازه‌هایی دوبُعدی پیشنهاد داده‌ایم که می‌تواند بر نسبت کم جرم فعال الکترود‌های خودنگهدار فایق شود.»

محققان شکلی از هیدروکسید نیکل (β-Ni (OH) ۲) را مطالعه کردند که در محلول به شکل ساختار‌های نازک و صفحه‌مانندی بر روی یک بستر از فیبر کربنی به بلور تبدیل می‌شود. افزودن NH۴F به محلول منجر به واکنشی می‌شود که در نتیجه‌اش یک یون هیدروکسید با یک یون فلوراید جایگزین می‌شود. صفحات Ni-F-OH که از این واکنش حاصل می‌شود تا ۷۰۰ نانومتر ضخامت می‌گیرند و باری برابر با ۲۹.۸ میلی‌گرم بر سانتی‌متر‌مربع (جرم فعال در هر سانتی متر مربع) خواهند داشت که نزدیک به ۷۲ ٪ از جرم الکترود است.

نتایج نشان داد که یون‌های F- افزوده شده انرژی سطح صفحات را تنظیم می‌کنند (عاملی اصلی در رشد ریزبلورها)، در حالی که یون‌های NH۴+ میزان مازاد OH- را مصرف می‌کنند و از تشکیل مجدد فاز نامطلوب β-Ni (OH) ۲ جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، محققان توانستند با همین روش دیگر ابرسازه‌های دوفلزی و مشتقات آن را تولید کنند که نشانه‌ای است از دسته‌ای تازه‌ای از هیدوکسید‌های فلزی که برای برآوردن نیاز‌های سیستم‌های ذخیرۀ انرژی آینده به کار گرفته خواهد شد.