شارژ سریع دستگاههای الکترونیکی به کمک ابرخازن‌های سازگار با محیط زیست

پژوهشگران "دانشگاه تگزاس ای‌&ام"(Texas A&M University)، ابزار جدیدی برای ذخیره انرژی ابداع کرده‌اند که در ساخت آن از گیاهان استفاده شده است و شاید در آینده نزدیک بتواند حتی خودروهای الکتریکی را طی چند دقیقه شارژ کند. به گفته پژوهشگران، این ابزارها، انعطاف‌پذیر، سبک و مقرون به صرفه هستند.
دکتر "هونگ لیانگ"(Hong Liang)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ادغام مواد زیستی با ابزار ذخیره انرژی، تاکنون کار پیچیده‌ای بوده زیرا کنترل ویژگی‌های الکتریکی آنها که چرخه عمر و عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، دشوار است. همچنین روند ساخت مواد زیستی معمولا با مواد شیمیایی انجام می‌شود که خطرناک هستند. ما یک ابزار سازگار با محیط زیست برای ذخیره انرژی طراحی کرده‌ایم که عملکرد الکتریکی آن عالی است و می‌تواند به سادگی، به صورت ایمن و با هزینه بسیار پایین‌تر ساخته شود.
ابزار ذخیره انرژی معمولا در قالب باتری‌ها یا ابرخازن‌ها ارائه می‌شوند. اگرچه هر دو نوع این ابزار می‌توانند جریان‌های الکتریکی را هنگام نیاز ارائه دهند اما تفاوت‌هایی اساسی نیز دارند. باتری‌ها می‌توانند شارژ زیادی را ذخیره کنند؛ در حالی که ابرخازن‌ها در تولید میزان زیادی از جریان الکتریکی طی یک مدت کوتاه، کارآمدتر هستند. تولید این میزان الکتریسیته، به ابرخازن‌ها کمک می‌کند تا ابزار را سریع‌تر شارژ کنند؛ در حالی که باتری‌ها به زمان بیشتری برای انجام دادن این کار نیاز دارند.
ابرخازن‌ها، ساختی درونی دارند که شباهت آن به خازن‌های پایه بیشتر است. هر دو ابزار، شارژ را روی صفحات فلزی یا الکترودها ذخیره می‌کنند اما ابرخازن‌ها را برخلاف خازن‌ها، می‌توان در اندازه‌ها، شکل‌ها و طرح‌های متفاوت ساخت. به علاوه، الکترودهای ابرخازن می‌توانند با مواد متفاوتی ساخته شوند.
لیانگ و گروهش برای کار خود، از نانوذرات دی‌اکسید منگنز استفاده کردند تا یکی از دو الکترود ابرخازن را طراحی کنند.
لیانگ ادامه داد: دی‌اکسید منگنز، ارزان‌تر است و در مقایسه با اکسید دیگر فلزات مانند اکسید روتنیوم و یا روی که معمولا برای ساخت الکترودها مورد استفاده قرار می‌گیرند، فراوان‌تر است و ایمنی بیشتری دارد اما مشکل دی‌اکسید منگنز این است که رسانایی الکتریکی پایین‌تری دارد.
به گفته لیانگ، ابرخازن‌هایی که آنها ابداع کرده‌اند، بسیار سبک و انعطاف‌پذیر هستند. این ویژگی‌ها، کاربرد آنها را به عنوان عناصر ساختاری ذخیره انرژی در ابزار گوناگون از جمله وسایل نقلیه افزایش می‌دهد.
لیانگ افزود: ما در این پژوهش توانستیم با استفاده از یک روش کم‌هزینه، ابرخازن‌هایی مبتنی بر گیاهان بسازیم که عملکرد الکتروشیمیایی آنها عالی است. هدف ما این است که در آینده نزدیک با استفاده از عناصر طبیعی و بادوام، ابرخازن‌هایی بسازیم که صد در صد با محیط زیست سازگار هستند.
این پژوهش، در مجله "Energy Storage" به چاپ رسید.