Tin-elektrode versterkt supercondensatoren

Snel opladende supercapacitor-energieopslagapparaten met hoge capaciteit zijn beperkt door de samenstelling van hun elektroden - de verbindingen die verantwoordelijk zijn voor het beheer van de stroom van elektronen tijdens het opladen en afgeven van energie. Onderzoekers hebben nu een beter materiaal ontwikkeld om de connectiviteit te verbeteren met behoud van recycleerbaarheid en lage kosten.

Het team onderzocht de verbindingen in een micro-supercondensator, die ze gebruiken in hun kleine, draagbare sensoren om vitale functies en meer te bewaken. Kobaltoxide - een overvloedig, goedkoop materiaal met een theoretisch hoog vermogen om snel energieladingen over te dragen - vormt meestal de elektroden. De materialen die zich mengen met kobaltoxide om een ​​elektrode te maken, kunnen echter slecht reageren, wat resulteert in een veel lagere energiecapaciteit dan theoretisch mogelijk is.

De onderzoekers voerden simulaties uit van materialen uit een atomaire bibliotheek om te zien of het toevoegen van een ander materiaal - ook wel doping genoemd - de gewenste eigenschappen van kobaltoxide als elektrode zou kunnen versterken door extra elektronen te leveren terwijl de negatieve effecten worden geminimaliseerd of volledig worden verwijderd. Ze modelleerden verschillende materiaalsoorten en niveaus om te zien hoe ze zouden interageren met kobaltoxide. Veel van de mogelijke materialen waren te duur of te giftig, dus het team koos voor tin, dat overal verkrijgbaar is tegen lage kosten en niet schadelijk is voor het milieu.

In de simulaties ontdekten de onderzoekers dat door een deel van het kobalt gedeeltelijk te vervangen door tin en het materiaal te binden aan een in de handel verkrijgbare grafeenfilm - een materiaal met een dikte van één atoom dat elektronische materialen ondersteunt zonder hun eigenschappen te veranderen - ze een goedkope , gemakkelijk te ontwikkelen elektrode. Nadat de simulaties waren voltooid, voerde het team experimenten uit om te zien of de simulatie kon worden geactualiseerd.

De experimentele resultaten bevestigden een significant verhoogde geleidbaarheid van de kobaltoxidestructuur na gedeeltelijke substitutie door tin. Het ontwikkelde apparaat zal naar verwachting veelbelovende praktische toepassingen hebben als het energieopslagapparaat van de volgende generatie.

Vervolgens is het team van plan om hun eigen versie van grafeenfilm te gebruiken - een poreus schuim dat wordt gemaakt door het materiaal gedeeltelijk te snijden en vervolgens te breken met lasers - om een ​​flexibele condensator te fabriceren die zorgt voor gemakkelijke en snelle geleiding. De supercondensator is een belangrijk onderdeel. Het team is ook geïnteresseerd in het combineren met andere mechanismen om als energie-oogster en sensor te dienen.