پژوهشگران موفق به ساخت ابرخازن حالت جامد با پوشش نانولوله کربنی شدند که می‌تواند بیش از سه ولت شارژ شود.

پژوهشگران می‌دانند که اگر در خودروها از ابرخازن‌ها استفاده کنند، صرفه اقتصادی مصرف سوخت افزایش می‌یابد، دلیل این امر آن است که ابرخازن‌ها قادرند انرژی بیشتر و سریع‌تری را نسبت به باتری‌ها ایجاد کنند. با استفاده از ابرخازن‌ها می‌توان انرژی را در طول ترمز‌های شدید ذخیره کرد، این در حالی است که باتری‌ها به دلیل سرعت کم در جذب انرژی، مقادیر زیادی از انرژی را در حین ترمز گرفتن از دست می‌دهند.

«راجش راجامانی»، استاد رشته مهندسی مکانیک در دانشگاه مینه‌سوتا می‌گوید: باتری‌ها نمی‌توانند خیلی سریع انرژی را جذب یا تولید کنند. زمانی که ترمز شدید گرفته می‌شود، ترمز الکترومغناطیسی نمی‌تواند باتری را شارژ کند تا فرایند کاهش سرعت به تندی اتفاق افتد، اما ابرخازن‌ها قادرند هم انرژی را سریع جذب و هم سریع آزاد کنند. یکی از مشکلات محققان، یافتن جایی در زیر کاپوت برای قرار دادن ابرخازن‌ها است. یکی از دلایل حجیم بودن ابرخازن‌ها این است که در تولید آنها از الکترولیت‌های سمی استفاده شده که باید کاملا محافظت شوند، این مواد بسیار سمی و جاگیر هستند.

برای حل این مشکل، محققان دانشگاه مینه‌سوتا با همکاری همتایان خود در دانشگاه تگزاس شمالی موفق شدند ابرخازنی را طراحی کنند که کاملا حالت جامد است و نیاز به مواد محافظ ندارد. این ابرخازن کاملا انعطاف‌پذیر و نازک بوده، به‌ طوری که می‌توان آن را در هر کجای خودرو قرار داد.

«راجامانی» می‌گوید: خودروهای ترکیبی امروزی از ابرخازن استفاده نمی‌کنند، گروه‌های زیادی به ‌دنبال استفاده همزمان از ابرخازن و باتری هستند. ما توانستیم ابرخازن کوچکی بسازیم که نیاز به فضای زیادی ندارد. در این ابرخازن از نخ پنبه‌ای دارای پوشش نانولوله‌های کربنی به‌ عنوان الکترود و از یک پلیمر جامد به‌ عنوان الکترولیت استفاده شده است.

برای تهیه این کامپوزیت، محققان نخ را درون محلول اسیدی حاوی نانولوله غوطه‌ور می‌کنند. الکترولیت مورد استفاده در ابتدا محلول است، اما بعد از غوطه‌ور کردن نخ و بخار شدن آب، به‌ صورت الکترولیت جامد درمی‌آید.

نتایج تست‌ها نشان داد که این ابرخازن می‌تواند بیش از سه ولت شارژ شود که رقم بالایی محسوب می‌شود. بزرگترین مشکل این ابرخازن مقاومت بالای آن است که موجب می‌شود دانسیته انرژی کل پایین آمده، بنابراین نرخ شارژ مجدد کاهش یابد. دلیل این امر احتمالا مقاومت بالای الکترود نانولوله کربنی است. محققان فکر می‌‌کنند اگر سطح نخ را با نانولوله‌های بیشتری پوشش دهند، احتمالا این مقاومت کاهش یابد.

نتایج این تحقیق در نشریه «Applied Physics Letters» به چاپ رسیده است.