ساخت ابرخازن با گرافن

پژوهشگران در آمریکا با استفاده از الکترود گرافنی توانستند اولین "ابرخازن‌های" AC فرکانس بالا را بسازند. این افزاره‌ها که بسیار کوچک‌تر از خازن‌های متداول هستند، می‌توانند در کاربردهایی مانند واحدهای پردازش رایانه‌ای و سایر مدارهای مجتمع ریز استفاده شوند.
خازن‌های دولایه‌ای تجاری (DLC) در مقایسه با باطری‌ها بسیار پرتوان هستند، ولی آنها اساساً افزاره‌های DC می‌باشند – به این معنا که شارژ کامل و دشارژ کامل آنها فقط چندین ثانیه طول می‌کشد. کارآیی آنها در فرکانس‌های زیر ۰/۰۵Hz مناسب است، به همین خاطر در وسایل نقلیه‌ی هیبریدی دارای کاربردهای خوبی می‌باشند. با اینحال، در فرکانس‌های بالاتر کارآیی خود را از دست می‌دهند و بیشتر شبیه به مقاومت رفتار می‌کنند تا خازن. دلیل این امر آن است که چنین افزاره‌هایی معمولاً شامل الکترودهای متخلخلی هستند که از یک ماده رسانا (مانند کربن فعال) با سطح بزرگ ساخته شده است و این تخلخل‌ها باعث افزایش مقاومت می‌شوند. http://nanopark.ir/Files/Old/2010/10/47971.jpg نمایی از بالا از الکترود گرافنی با جهت‌گیری عمودی که نشان‌دهنده یک ریخت‌شناسی نامنظم سطحی (صفحات لبه‌ای روباز) می‌باشد. اکنون جان میلر و همکارانش از شرکت JME و دانشگاه کیس وسترن رزرو، هر دو در اوهایو، با توسعه اولین خازن دولایه‌ای الکتریکی که شامل الکترودهای گرافنی با سطح بزرگ و جهت‌گیری عمودی و بدون هیچ تخلخلی است، توانستند بر این مشکل فائق آیند. این افزاره، فرکانس کاری یک خازن دولایه‌ای الکتریکی را به بیش از ۵۰۰۰Hz افزایش می‌دهد که ۱۰۵ برابر از خازن‌های دولایه‌ای تجاری بالاتر است. بعلاوه، این خازن شش برابر از خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی کم- ولتاژ کوچکتر است و می‌تواند با کارآیی بالایی در زمان‌های کوتاه‌تر از ۱ میلی‌ثانیه شارژ و دشارژ گردد.
این پژوهشگران، با استفاده از فرایند رسوب بخار شیمیایی تقویت شده با پلاسما، توانستند لایه گرافنی را بر روی یک فلز رشد دهند.
به نظر این گروه، چنین لایه‌های گرافنی با جهت‌گیری عمودی از نظر ساختاری برای ساخت الکترودهای DLC فرکانس بالا بسیار ایده‌آل می‌باشند. آنها دارای صفحات لبه‌ای زیادی هستند که می‌توانند ظرفیت خازنی به اندازه ۵۰-۷۰ µF/cm2 ایجاد کنند که در مقایسه با صفحات پایه‌ای که ظرفیت ۳ µF/cm2 ایجاد می‌کنند، قابل مقایسه است. این صفحات لبه‌ای ذخیره بار شدیداً روباز و در معرض هستند و به راحتی قابل دسترسی مستقیم می‌باشند. این بدان معناست که بار به جای پخش شدن روی نواحی وسیع می‌تواند در محدوده‌های معینی تجمع یابد.