افزایش هفت‌برابری ظرفیت ابرخازن با نور

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، مرکزاصفهان؛ این پژوهشگران داخلی وخارجی با مشارکت هم سامانه‌ای نوین برای ذخیره مستقیم انرژی خورشیدی توسعه داده‌اند که در آن نور نه‌تنها منبع انرژی، بلکه عامل افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی نیز هست.

این ابرخازن نوری با استفاده از ساختار ناهم‌پیوند p-n میان لانتانوم فریت و نانولوله‌های اکسیدی WO ۳-TiO ۲ طراحی شده و توانسته ظرفیت خود را تحت تابش نور تا هفت برابر افزایش دهد. این فناوری می‌تواند راهکاری تازه برای ابزار‌های الکترونیکی قابل‌حمل، حسگر‌های خودتأمین‌انرژی و سامانه‌های خورشیدی هوشمند فراهم کند.

ابرخازن‌ها ابزار‌های ذخیره انرژی هستند که می‌توانند بسیار سریع شارژ و تخلیه شوند، طول عمر بالایی دارند و برای کاربرد‌هایی مانند خودرو‌های برقی، تجهیزات الکترونیکی و سامانه‌های هوشمند مناسب‌اند. با این حال، چگالی انرژی آنها معمولاً از باتری‌ها کمتر است. اگر بتوان نور خورشید را مستقیم در عملکرد آنها دخیل کرد، نسل تازه‌ای از ذخیره‌ساز‌های انرژی پدید می‌آید.

بخش نانویی این پژوهش در استفاده از نانولوله‌های WO ۳-TiO ۲ نهفته است. این نانولوله‌ها سطح تماس بسیار بالا، مسیر‌های منظم انتقال بار و جذب بهتر نور را فراهم می‌کنند. ترکیب آنها با LaFeO ۳ ساختاری هیبریدی ساخته که هم نور را مؤثرتر جذب می‌کند و هم انتقال الکترون را سرعت می‌بخشد.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد الکترود بهینه‌شده در حضور نور به ظرفیت ۳.۵ میلی‌آمپر ساعت بر سانتی‌متر مربع دست یافته است. این مقدار حدود هفت برابر بیشتر از عملکرد همان سامانه در تاریکی بوده است. به زبان ساده، نور فقط کمک نکرده، بلکه عملاً سامانه را متحول کرده است.

پایداری چرخه‌ای نیز از دیگر نقاط قوت این فناوری بود. دستگاه در شرایط نوری پس از ۴۰۰۰ چرخه نه‌تنها افت نکرد، بلکه ۳ درصد افزایش ظرفیت نشان داد. در تاریکی نیز پس از ۴۰۰۰ چرخه، ۸۹ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد. چنین پایداری‌ای برای سامانه‌های ذخیره‌ساز انرژی بسیار مهم است؛ زیرا وسیله‌ای که بعد از مدتی از نفس بیفتد، بیشتر شبیه انگیزه‌های اول سال نو است تا فناوری کاربردی.

اهمیت این دستاورد فراتر از یک مقاله دانشگاهی است. فوتوسوپرخازن‌ها می‌توانند در آینده برای ابزار‌های پوشیدنی، حسگر‌های بی‌سیم، اینترنت اشیا، تجهیزات پزشکی قابل‌حمل و سامانه‌های خورشیدی کوچک استفاده شوند. در چنین کاربردهایی، حذف نیاز به باتری‌های بزرگ یا شارژر‌های جداگانه مزیتی مهم خواهد بود.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Light-Enhanced capacitive performance in LaFeO ۳-Based photo-supercapacitors Employing p-n heterojunction Architecture به چاپ رسیده است.