محققان دانشگاه‌های «درکسل» (Drexel) امریکا و «پاول صباتیر» (Paul Sabatier) فرانسه دریافتند ظرفیت «ابرخازن‌های کربنی» با کاهش «اندازه‌ی حفره‌ها»ی آن به کم‌تر از یک نانومتر افزایش می‌یابد. این کشف می‌تواند در تهیه‌ی «خازن‌های ظرفیت بالا» (Prototype Super Capacitor Device) استفاده شود.

بنابر گزارش ستاد ویژه‌ی توسعه‌ی فناوری نانو به‌نقل از نشریه‌ی (Science Express)، «یوری گوگوتسی» (Yury Gogotsi) از دانشگاه «درکسل»(Drexel)، درباره‌ی یافته‌های گروه مطالعاتی خود معتقد است که «کاهش اندازه حفره‌ها» به کم‌تر از یک‌نانومتر منجر به «کاهش وزن»، «کوچک‌تر شدن و افزایش» «قدرت خازن» می‌شود. این ویژگی‌ ممکن است در درک عمیق‌تر «حرکت یونی» در کانال‌های کم‌عرض در برخی سیستم‌ها مانند: «سلول‌های بدن انسان» به‌کار رود.

در «ابرخازن‌ها» (یا خازن‌های الکتریکی دولایه) بار الکتریکی با جذب یون در سراسر سطح مواد با «تخلخل بالا» ذخیره می‌گردد. این ابرخازن‌ها ظرفیتی برابر با «ده‌ها فاراد» برای هر گرم ماده دارد در صورتی که در «خازن‌های دی‌الکتریک معمولی» این ظرفیت در حد چند میکرو فاراد است.

«ظرفیت ذخیره‌سازی» بالای این ابرخازن‌ها ناشی از یک «دیواره‌ی جداکننده‌ی یک‌نانومتری» میان «یون‌های باردار» و «سطح کربن» است. تاکنون، دانشمندان معتقد بوده‌اند که «حفره‌های ابرخازن‌ها» باید بزرگ‌تر از «یون الکترولیت» باشند تا بتواند «ظرفیت بالایی» را فراهم کند و هم‌چنین «زمان شارژ انرژی» کاهش یابد.

محققان دانشگاه «پاول صباتیر» (Paul Sabatier) این تفکر را تغییر دادند؛ آن‌ها «ظرفیت کربن‌ها»ی مختلف را که دارای حفره‌هایی با قطر بین صفر تا 25/2 نانومتر بودند آزمایش کردند. «کربن» مشتق‌شده از «کاربید تیتانیوم» با حفره‌ای کم‌تر از یک‌نانومتر نشان داد که «کاهش اندازه‌ی حفره‌ها» موجب «افزایش ظرفیت» می‌شود. مطابق تئوری موجود با «افزایش اندازه‌ی حفره‌ها» از «یک‌نانومتر به بالا» به‌ازای هر افزایشی در «اندازه‌ی حفره‌ها» افزایشی را در «ظرفیت» شاهد خواهیم بود.

«یوری گوگوتسی» (Yury Gogotsi) گفت: کار اولیه‌ی ما در ادامه‌ی کارهای انجام‌شده‌ی قبلی جهت افزایش «اندازه‌ی حفره‌ها»ی مواد کربنی و تشخیص بهبود اثر آن بر «ابرخازن‌ها» بود. برخلاف مطالعه‌های قبلی، استفاده از «کربن مشتق شده» از «کاربید» ویژگی مثبتی را برای ما به‌همراه داشت؛ به‌طوری‌که ما توانستیم «کاهش اندازه‌ی حفره‌های کربن» را در محدوده‌ی وسیع و مناسبی تغییر دهیم.

محققین معتقدند که «کاهش اندازه‌ی حفره‌ها» به دو برابر «اندازه‌ی یون‌های حل شده»‌ موجب «کاهش ظرفیت معمول» می‌گردد زیرا «لایه‌های یون‌های به‌هم فشرده» از «دیواره‌های حفره‌های مجاور» پیوند خورده باعث کاهش فضای قابل‌دسترسی برای تشکیل لایه‌ی دوتایی می‌گردد.

اما اگر «اندازه‌‌ی حفره» به‌اندازه‌ی «قطر یون» برسد «ظرفیت نرمال‌شده‌ی خازن» صددرصد افزایش می‌یابد. دانشمندان یقین دارند که هنگام فشرده شدن یون به «درون حفره»، «لایه‌ی خارجی» آن تغییر شکل می‌یابد؛ به‌طوری که فاصله‌ی بین «مرکز» یون و «سطح» آن کاهش می‌یابد و همین موجب «افزایش ظرفیت» می‌شود. به‌کارگیری «حفره‌های کوچک‌تر» از یک‌نانومتر موجب «افزایش ظرفیت‌دهی» از 55 (فاراد بر سانتی‌متر مکعب) (F/cm3) تا 80 (فاراد بر سانتی‌متر مکعب)  (F/cm3) می‌گردد.

محققان معتقدند امکان استفاده از این «ابرخازن‌ها» در کاربردهای مختلف وجود دارد؛ برای مثال، «کاهش عرض حفره‌ها» موجب «افزایش دانسیته‌ی انرژی» شده ولی «زمان تخلیه» افزایش می‌یابد. این ویژگی برای «وسایل نقلیه‌ی الکتریکی هیبریدی» مناسب می‌باشد و استفاده از «حفره‌های بزرگ‌تر» در موارد نیاز به «قدرت پالسی» مناسب است. به‌کارگیری «مواد کربنی» با «حجم بالایی» از «حفره‌های باریک» ممکن است هر دو ویژگی‌ «انرژی» و «قدرت» را بهبود بخشد.

«یوری گوگوتسی» (Yury Gogotsi) گفت: هم‌اکنون در حال کار روی پروژه‌ای جهت «افزایش حجم حفره‌هایی» با «قطر» کم‌تر از یک‌نانومتر هستیم؛ این پروژه، پیشرفت‌های کارکردی قابل‌توجهی را نشان می‌دهد. مرحله‌ی بعدی کار، آزمایش این پدیده در «سیستم‌های الکترولیتی» می‌باشد که به ما اجازه‌ی «اعمال ولتاژهای بالاتری» را می‌دهد. با ترکیب نتایج این یافته‌ها احساس می‌کنیم که «ابرخازن‌های تولیدی آینده» بسیار «کاراتر» از نمونه‌های کنونی باشند.

این تیم تحقیقاتی نتایج کار خود را در نشریه‌ی (Science Express) منتشر کردند.

علاقمندان برای یافتن اصل خبر می‌توانند به‌نشانی ذیل مراجعه فرمایند:

http://www.nanotechweb.org/articles/news/5/8/10/1