فناوری نانو در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارد که در طی سالیان به مرور بیشتر به زندگی مردم راه پیدا کرده و با آن آشنا شده‌ایم. از جمله این کاربردها در زمینه انرژی است که می‌تواند در آینده زیستی کره زمین اثرگذار باشد.
به گزارش آردی نیوز به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، فناوری نانو را می‌توان در حوزه‌های مختلف انرژی از جمله سلول خورشیدی، باتری‌ها، پیل سوختی، توربین بادی به کار برد. از جمله دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه افزایش خواص مکانیکی و عمر توربین‌های گازی و آبی با پوشش‌های نانو، ساخت ابرخازن ها، ساخت دیودهای نشر نور، ساخت پره‌های سبک و مستحکم توربین های بادی با نانو کامپوزیت‌ها، ساخت راکتورهای جوش هسته‌ای با نانو کامپوزیت‌ها، کاربرد به‌عنوان ایرسانا در موتورهای الکتریکی، استفاده از نانو کاتالیست ها در تبدیل سوخت‌ها است. در این گزارشی به برخی از مهم‌ترین این کاربردها می‌پردازیم.
پیل سوختی
پیل سوختی انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و سوخت ایده آل آن هیدروژن است. ذخیره‌سازی و نگهداری از هیدروژن به علت کوچک بودن مولکول‌های آن دشوار و خطرناک است و به‌عنوان یکی از چالش‌های پیل‌های سوختی مطرح می‌شود.
حال فناوری نانو با استفاده از ساختارهای نانو مثل نانو لوله‌های کربنی و زئولیت ها امکان ذخیره‌سازی مطلوب هیدروژن را به وجود آورده است. همچنین کاربرد دیگر فناوری نانو مربوط به کاتالیست مورد استفاده در این پیل‌ها است.
کاتالیست کاربردی در پیل‌های سوختی، پلاتین است که قیمت بالایی دارد. در این مورد نیز با قرار دادن نانوذرات پلاتین روی بستر رسانا می‌توان همان کاربرد را با قیمت تمام‌شده بسیار کمتر حاصل کرد. همچنین می‌توان از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان کاتالیست استفاده کرد.
سلول خورشیدی
استفاده از فناوری نانو در سلول‌های خورشیدی به‌منظور تأمین بخش قابل‌توجهی از انرژی موردنیاز آینده با قیمت بهینه، یکی از امیدهای بشر است. در حال حاضر سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با بازده بالا تولید می‌شوند که از مهم‌ترین مشکلات آنها قیمت تمام شده بالای آنها است.
استفاده از فناوری نانو در نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی در حال پیشرفت است. از انواع آنها می‌توان سلول‌های خورشیدی رنگدانه ای، سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک، پروسکایتی و HIT را نام برد. یکی از دلایل پتانسیل بالای نانومواد برای این کاربرد، وجود ترازهای انرژی به جای نوار انرژی به علت ابعاد بسیار کوچک آنها و در نتیجه خاصیت فوتوولتائیکی در آنها است.
پدیده‌ای که در اثر آن و بدون استفاده از مکانیسم‌های مکانیکی، انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود، پدیده فوتوولتائیک نامیده می‌شود. در واقع این پدیده از فرضیه ذره‌ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. هر سیستمی که از این خاصیت استفاده کند را سیستم فتوولتائیک می‌گویند.
توربین بادی
یکی از معضلات توربین‌های بادی، شکسته شدن پره‌های آنها به دلایل گوناگون است. از جمله آنها یخ بستن بر روی پره و افزایش وزن آن است. با توجه به طول بند این پره‌ها، گشتاور بالایی به تکیه‌گاه آنها وارد می‌شود. حال اگر در شرایطی رویانی پره‌های بخش تشکیل شود، گشتاور وارده به تکیه‌گاه بیش‌ازحد تحمل آن شده و پره می‌شکند.
فناوری نانو با فوق آب‌گریز کردن سطح پره‌ها از این اتفاق جلوگیری می‌کند. در واقع با فوق آب‌گریز بودن سطح پره‌ها، قطره آبی روی سطح باقی نمی‌ماند که فرصت تبدیل به یخ داشته باشد و باعث بروز مشکلی شود. عموماً این کار با اسپری کردن محلول‌هایی از جنس سیلیکا صورت می‌گیرد.
باتری‌ها
بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون: این بهبود عملکرد با ادغام دو فناوری صورت گرفته است. نخست استفاده از نانولوله کربنی در آند. البته این کار در گذشته انجام شده بود. طی تحقیقات پیشین مشاهدات نشان می‌دادند که یون لیتیون در هنگام شارژ وارد آند می‌شود ولی در هنگام شارژ کامل خارج نمی‌شود. در نتیجه ظرفیت باتری به مرور کاهش پیدا می‌کند.
حالان مشکل با باز کردن چندلایه از این نانولوله‌ها رفع شده است. دومین فناوری در این عرصه نیز افزودن گروه‌های گوگردی به لایه‌های آند است. در نتیجه این دو اقدام باتری‌های حاصله عمر طولانی‌تر و دانسیته جریان بالاتری دارند.
بهبود عملکرد باتری‌های سولفور لیتیوم: یکی از مشکلات باتری‌های سولفور لیتیوم افت ظرفیت آنها به مرور زمان است. این باتری‌ها از باتری‌های لیتیون-یون که در حال حاضر در اکثر موارد کاربرد دارند، دانسیته جریان بالاتر و هزینه کم‌تری دارند ولی مشکلات مختلف که یکی از مهم‌ترین آنها افت ظرفیت است راه پیشرفت آنها را سد کرده است. در تحقیقات اخیر با استفاده از نانوذرات فروالکتریک با ممانعت از حرکت پلی سولفیدها از افت ظرفیت جلوگیری شده است.