Power Sources: August 2008 Archives
توسعه ی تولید برق از طریق نور خورشید، امواج دریا و باد و پیدایش سریع خودرهای هیبریدی، نیاز به ذخیره کننده های انرژی با ویژگی های انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان بالا و ظرفیت بالا را به همراه دارد. هم اکنون تیمی از محققان پنستیت در حال کار بر روی نوعی خازن های فروالکتریکی پلیمری هستند که که توانایی انتقال توان را سریع تر و بهتر از باتری های معمولی دارند.
به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پرفسور کوینگ ونگ، استادیار موسسه علوم و مهندسی مواد نقل می کند: "باتری های الکتریکی بخش مهمی از سیستم های الکتریکی و الکترونیکی می باشند. حتی سیستم های های انرژی تجدید پذیر مانند سلولهای خورشیدی نیازمند جایی برای ذخیره ی انرژی به منظور استفاده در طول شب می باشند."
ونگ و گروه تحقیقاتیش در 236 امین نشست انجمن ملی شیمی آمریکا ( 20 آگوست، فیلادلفیا ) از توسعه ی پلیمرهای قابل تنظیم چگالی بار و نانوکمپوزیت های سرامیکی که می توانند نقش ذخیره کننده انرژی برای خازن ها را داشته باشند، خبر داد. ونگ معتقد است خازن های پلیمری خوب تنظیم شده می توانند جای باتری ها را بگیرند.
ونگ همچنین اضافه کرد:" مواد مورد استفاده معمول،سرامیکی هستند که وزن زیادی دارند و شکننده می باشند. الکترونیک موبایل نیاز به ذخیره کننده های سبک دارد."
این محققان که اسامی آنها ونگ، یینگ لو ( پست دکترا )، جیسون کلاد و جون جون لی ( فارغ التحصیلان در رشته علوم و مهندسی مواد ) می باشد، پلیمری از وینی لیدن فلوراید و تری فلورواتیلن به همراه کلورو تری فلورواتیلن ساخته اند که در دمای اتاق نفوذپذیری دی الکتریکی خیلی بالایی دارد. نفوپذیری معیاری از بار ذخیره شده در ماده به هنگام اعمال میدان الکتریکی می باشد. همچنین ضریب دی الکتریک مشخص می کند که آن ماده، چقدر توانایی ذخیره انرژی را در خازن دارد. محققان همچنین پی بردند که با تغییر اجزای شیمیایی پلیمر، می توان خواص دی الکترکی و چگای انرژی را تغییر داد.
خودروهای هیبریدی هدف خوبی برای خازن های پلیمری فروالکتریکی می باشند. چرا که این خودرها در هنگام حرکت در سر پایینی، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و باتری هایشان را برای استفاده بعدی شارژ می کنند. باتری های معمول سنگین هستند و امکان فراهم آوردن انرژی مناسب و زیاد در هنگام شتاب گیری سریع خودر را ندارند.
ونگ و لی در تغییراتی که روی این پلیمر با اضافه کردن نانو اجزای سرامیکی دادند، توانستند چگالی انرژی را ارتقا دهند. این امر به این دلیل است که سرامیک ها نسبت به پلیمرها نفوذپذیری بالاتری دارند. محققان معتقند با ترکیب پلیمرها و سرامیک هایی با نفوذپذیری بالا به موادی می رسیم که چگالی ذخیره کنندگی بالایی دارند. مواد سرامیکی همچنین میدان شکست بالایی نیز دارند. ولتاژ شکست حداکثر میدانی است که یک ماده قبل از شکست و تبدیل به هادی، می تواند تحمل کند. هر چقدر میدان شکست یک ماده بالاتر باشد، آن ماده برای خازن مناسب تر می باشد.
متاسفانه ترکیب سرامیک و پلیمر ساده نمی باشد. ذرات سرامیک تمایل دارند متراکم شوند و تشکیل توده دهند. اگر دو ماده با هم هماهنگ و یکدست نباشند، سطح مشترک آنها در میدان بالایی می شکند و توانایی کمپوزیت در ذخیره سازی انرژی به جای افزایش، کاهش می یابد. ونگ و تیمش با اضافه کردن گروه های تابع ساز به مواد، اجزای دی الکتریک را در شبکه ی پلیمیر بطور دقیق تنظیم کردند. آنها همچنین سعی کردند فرایند ترکیب را کنترل کنند تا به این ترتیب اجزا بطور یکنواخت در شبکه توزیع شوند.
ونگ می گوید:" هماهنگ کردن نفوذپذیری با نانو اجزای سرامیکی کار ساده ایی نیست. برای اینکه ماده ای با مشخصات دلخواه داشته باشیم، باید هر دومشکل را بطور همزمان حل کنیم."
پلیمرهای دی الکتریکی همانند مورد تحقیق ونگ ، تنها در خازن ها کاربرد ندارند. بلکه حتی می توان آنها را جایگزین لایه ی دی اکسید سیلیکون که در رایانه ها استفاده می شود، نمود. از آنجا که پلیمر ها در دمای اتاق فراوری می شوند، ساخت و تهیه آنها ساده تر می باشد. استفاده از این مواد می تواند راه را برای کاربردهای الکترونیکی انعطاف پذیر مانند صفحات نمایش و رایانه های تاشو باز کند.
