13133

مروري بر مطالعات محاسباتي مكانيك كوانتومي مكسين ها (MXenes) براي كاربرد در ابرخازن ها

1401

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

امروزه به دليل توسعه فناوري هاي مبتني بر انرژي الكتريكي، اهميت ذخيره‌سازي انرژي الكتريكي دو چندان شده است كه يكي از راه‌هاي تحقق اين كار استفاده از ابرخازن‌ها مي باشد. ابرخازن‌ها دستگاه‌هاي ذخيره ساز انرژي هستند كه داراي چگالي توان بالا، نرخ شارژ/دشارژ سريع و چرخه عمر طولاني هستند كه اين ويژگي‌ها براي كاربرد‌هايي كه نياز به توان خروجي بالا در دوره‌هاي زماني كوتاه دارند، ايده‌آل هستند با اين حال، چگالي انرژي كم مواد الكترود سنتي عملكرد آنها را محدود مي‌كند. براي غلبه بر اين محدوديت، محققان در حال كاوش در مواد الكترود جديد با مساحت سطح بالا، رسانايي الكتريكي بالا و ظرفيت ذخيره سازي بار زياد هستند. يكي از موادي كه مورد توجه محققان قرار گرفته است مكسين‌ها ( Mxenes ) مي باشد. مكسين‌ها نوعي از نانو مواد دو بعدي بر پايه كاربيدهاي فلزات واسطه، كربن نيتريد‌ها و نيتريد‌ها هستند كه ويژگي‌هايي اعم از سطح بزرگ، رسانايي فلزي بالا و فعاليت ردوكس سريع باعث شده تا الكترودهاي مناسبي براي ذخيره سازي انرژي شوند. آن‌ها از لايه‌هايي با ضخامت چند اتم تشكيل شده‌اند كه سبب مي‌شود تا بسيار نازك و سبك باشند و نانوساختار منحصر به ‌فرد آنان خواص استثنايي براي ذخيره سازي انرژي و ساير كاربردها داشته باشند. با اين حال، كاربرد مكسين‌ها در ابرخازن‌ها با چالش‌هاي نيز روبرو است از جمله انعطاف‌پذيري، مقاومت در برابر انتشار و اكسيداسيون. مطالعات محاسباتي مكانيك كوانتومي مكسين‌ها براي بررسي كاربرد بالقوه آنها در ابرخازن‌ها انجام شده است. اين مطالعات بينش‌هاي ارزشمندي در مورد خواص الكترونيكي و ساختاري مكسين‌ها و مناسب بودن آنها براي استفاده به عنوان مواد الكترود در ابرخازن‌ها ارائه كرده است و علاوه بر اين در برخي مطالعات، تقريب‌هاي تئوري تابعي چگالي (DFT ) نتايج تجربي مشاهده ‌شده را با استفاده از چگالي حالت‌ها، انرژي آزاد گيبس و محاسبات ظرفيت كوانتومي تأييد كرده است. در نتيجه، مطالعات محاسباتي مكانيك كوانتومي مكسين‌ها راه‌هاي جديدي را براي توسعه ابرخازن‌ها باز كرده است هر چند مطالعات تجربي بيشتري براي تاييد يافته‌هاي محاسباتي و بهينه‌سازي عملكرد ابرخازن‌هاي مبتني بر مكسين ها مورد نياز است.

12/18/2023 12:00:00 AM

81975

1402/12/06

A review of quantum mechanical computational studies of MXenes for application in supercapacitors

ابرخازن , مكسين , الكترود , محاسبات مكانيك كوانتومي

Supercapacitor , Mxenes , Electrode , Quantum mechanics calculations