محققان IISc ابرخازن اولترا میکروسکوپی با ظرفیت ذخیره سازی انرژی بهبود یافته: جزئیات را توسعه دادند

محققان یک ابرخازن اولترا میکروسکوپی جدید با ظرفیت ذخیره سازی و رهاسازی انرژی بهبود یافته ساخته اند که کاملاً کاربردی و آماده برای پیاده سازی در هر ادغام سیستم روی یک تراشه کوچک شده است.

این ابرخازن که در مؤسسه علوم هند (IISc) در بنگالورو ساخته شده است، بسیار کوچکتر و فشرده تر از نمونه های موجود است و می تواند به طور بالقوه در طیف وسیعی از دستگاه های ذخیره انرژی از چراغ های خیابانی تا لوازم الکترونیکی مصرفی، باتری های ماشین های الکتریکی و تجهیزات پزشکی استفاده شود. آنها در مطالعه ای گفتند.

در حال حاضر، این دستگاه ها با باتری هایی تغذیه می شوند که با گذشت زمان، شارژ انباشته شده خود را از دست می دهند و در نتیجه انرژی ذخیره شده را از دست می دهند و بنابراین ماندگاری محدودی دارند.

از سوی دیگر، خازن‌ها، اگرچه در ناتوانی خود در تخلیه انرژی به شیوه‌ای پایدار مانند تغذیه تلفن همراه محدود هستند، اما به دلیل طراحی خود قادر به ذخیره انرژی الکتریکی برای مدت طولانی‌تری هستند.

این مطالعه که در مجله ACS Energy Letters منتشر شد، ابرخازن‌ها بهترین‌های هر دو جهان را ترکیب می‌کنند، زیرا می‌توانند مقادیر زیادی انرژی را ذخیره و آزاد کنند و بنابراین تقاضای زیادی برای نسل بعدی دستگاه‌های الکترونیکی دارند.

این مطالعه می گوید ترانزیستورهای اثر میدان ترکیبی (FETs) در ساخت این ابرخازن به عنوان جمع کننده بار استفاده شده است، برخلاف الکترودهای مبتنی بر اکسید فلزی که در خازن های موجود استفاده می شود، که به دلیل تحرک ضعیف الکترون آنها محدود شده است.

ابها میسرا، استاد گروه ابزار دقیق و فیزیک کاربردی (IAP) و نویسنده مسئول این مطالعه گفت: استفاده از FET به عنوان الکترود برای ابرخازن‌ها چیز جدیدی برای تنظیم بار در خازن است.

Misra و تیم این FET‌های هیبریدی را با جایگزین کردن لایه‌های ضخیم چند اتمی از دی سولفید مولیبدن (MoS2) و گرافن – برای افزایش تحرک الکترون – که سپس با تماس‌های طلا متصل شدند، ساختند.

استفاده از یک الکترولیت ژل جامد که بین دو الکترود FET استفاده می شود، آن را به یک ابرخازن حالت جامد تبدیل کرده است که بر پایه سیلیس/سیلیکون ساخته شده است.

Misra گفت که طراحی ادغام دو سیستم الکترود FET و الکترولیت ژل با ظرفیت‌های شارژ متفاوت، بخش مهمی است.

وینود پانوار، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، گفت که در ساخت ابرخازن به دلیل اندازه میکروسکوپی آن، که به دقت بالا و هماهنگی چشم و دست نیاز داشت، چالش‌هایی به وجود آمد.

در ساخت، ظرفیت یا ظرفیت نگهداری بار ابرخازن با اعمال ولتاژهای مختلف اندازه‌گیری می‌شد. در شرایط خاص مشخص شد که ظرفیت 3000 درصد افزایش یافته است.

در مقابل، افزایش تنها 18 درصدی در ظرفیت خازن کاملاً از MoS2 بدون گرافن در شرایط مشابه ثبت شد.

محققان گفتند که قصد دارند بررسی کنند که آیا می توان با جایگزینی MoS2 با مواد دیگر به ظرفیت بالاتری دست یافت یا خیر.