«حسام آل‌شریف» و همکارانش از دانشگاه علوم و فناوری «ملک عبدالله» نشان داده‌اند که الکترودهای سه‌بعدی به طور بالقوه در مقایسه با مواد الکترودی مخلوطی مرسوم، مزایای زیادی دارند.

مشخصات الکترودهای MnO2-CNT-اسفنج: (a) دید کلی از این الکترود متخلخل سه‌بعدی؛ (b) نانوذرات MnO2 به صورت یکنواخت روی اسفنج - CNT ترسیب شده‌اند؛ (c) بزرگنمایی نانوذرات MnO2 متخلخل روی این اسفنج، شکل کوچک ریخت‌شناسی یک ذره شبه گل MnO2 منفرد

فرایند ساخت این ابرخازن‌های مبتنی بر اسفنج شامل چهار مرحله است؛ ابتدا یک اسفنج قابل ‌دسترسی به صورت تجاری به وسیله آب و استون تمیز می‌شود، سپس بعد از خشک کردن به صورت روبان کوچکی بریده می‌شود، این روبان‌ها با یک جوهر نانولوله کربنی (CNT) روکش‌دهی می‌شوند و در نهایت، این محققان نانوذرات دی‌اکسید منیزیوم (MnO2) را روی این اسفنج روکش‌داده شده با نانولوله کربنی، رسوب می‌دهند.

«آل‌شریف» می‌گوید: به واسطه انعطاف‌پذیری مکانیکی نانولوله‌های کربنی و برهم‌کنش‌های واندروالس قوی بین سلولز اسفنج ماکرومتخلخل و نانولوله‌های کربنی، این نانولوله‌ها را می‌توان به آسانی روی بدنه یک اسفنج روکش‌دهی کرد و اسفنج عایق را با یک فرایند خشک‌کردن و غوطه‌وری ساده، بسیار رسانا کرد.

این محققان با آزمایش این اسفنج روکش‌داده شده با نانولوله متوجه شدند که آن هنوز طبیعت ماکرومتخلخل خود را حفظ کرده و بنابراین آرایش پیچیده خلل و فرجِ باقیمانده در آن، راه را برای عبور جریان الکترولیت باز می‌کند. این نانولوله‌های کربنی، لایه نازکی روی بدنه این اسفنج تشکیل می‌دهند.

«آل‌شریف» می‌گوید: ما همچنین با تا کردن، پیچاندن و کشیدن مکرر این اسفنج - نانولوله، قابلیت ارتجاعی مکانیکی آن را بررسی کردیم. بعد از همه این آزمایش‌های مکانیکی، این اسفنج همیشه بدون هیچ تغییر شکل دائمی، به شکل اولیه‌اش برمی‌گشت.

این گروه، همچنین عملکرد الکتروشیمیایی ابرخازن‌های اسفنجی خود را آزمایش کرد.

«آل‌شریف» می‌گوید: طبیعت ماکرومتخلخل این اسفنج همراه با طبیعت خلل و فرج نانوذرات MnO2، یک ساختار الکترود متخلخل مضاعف ارائه می‌کند که منجر به رسانایی خوب و دسترسی کامل الکترولیت به MnO2 می‌شود و عملکرد‌ این ابرخازن‌های MnO2-CNT-اسفنج را به طور چشمگیری بهبود می‌دهد.

ما متوجه شدیم که این ابرخازن‌ ظرفیت ویژه بالا، سرعت تخلیه - شارژ بسیار زیاد، پایداری چرخه عالی و چگالی توان و انرژی خوبی نشان می‌دهد.

این محققان، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله «Nano Letters» منتشر کرده‌اند.