Supercapacitors ከተለመዱት ባትሪዎች በበለጠ ፍጥነት ሃይልን ማከማቸት እና ማድረስ የሚችል በትክክል የተሰየመ መሳሪያ ነው። የኤሌክትሪክ መኪኖችን፣ገመድ አልባ ቴሌኮሙኒኬሽን እና ከፍተኛ ሃይል ያለው ሌዘርን ጨምሮ ለመተግበሪያዎች ከፍተኛ ፍላጎት አላቸው።

ነገር ግን እነዚህን አፕሊኬሽኖች ለመገንዘብ ሱፐርካፓሲተሮች የተሻሉ ኤሌክትሮዶች ያስፈልጋሉ, ይህም ሱፐርካፕተሩን በሃይል ላይ ከሚመሰረቱ መሳሪያዎች ጋር ያገናኛል. እነዚህ ኤሌክትሮዶች በከፍተኛ ደረጃ ለመስራት ፈጣን እና ርካሽ መሆን አለባቸው እንዲሁም የኤሌክትሪክ ጭነታቸውን በፍጥነት መሙላት እና ማስወጣት ይችላሉ። የዋሽንግተን ዩኒቨርሲቲ መሐንዲሶች ቡድን እነዚህን ጥብቅ የኢንደስትሪ እና የአጠቃቀም ፍላጎቶችን የሚያሟሉ የሱፐርካፓሲተር ኤሌክትሮዶችን የማምረት ሂደት ይዘው እንደመጡ ያስባሉ።

ተመራማሪዎቹ በ UW የቁሳቁስ ሳይንስ እና ምህንድስና ረዳት ፕሮፌሰር በፒተር ፓውዛውስኪ የሚመራው በ ጁላይ 17 ኔቸር ማይክሮ ሲስተምስ እና ናኖኢንጂነሪንግ በተሰኘው መጽሔት ላይ እጅግ በጣም ከፍተኛ አቅም ያላቸውን ኤሌክትሮዶችን እና ፈጣን እና ርካሽ መንገድን የሚገልፅ ወረቀት አሳትመዋል ። የእነሱ ልብ ወለድ ዘዴ የሚጀምረው በካርቦን የበለፀጉ ቁሳቁሶች ኤሮጄል ወደሚባል ዝቅተኛ መጠጋጋት በደረቁ ማትሪክስ ነው። ይህ ኤርጄል በራሱ እንደ ድፍድፍ ኤሌትሮድ ሆኖ ሊያገለግል ይችላል ነገርግን የፓውዛውስኪ ቡድን አቅሙን ከእጥፍ በላይ ያሳድጋል ይህም የኤሌክትሪክ ክፍያ የማከማቸት ችሎታ ነው።

እነዚህ ርካሽ የመነሻ ቁሳቁሶች ከተሳለጠ ውህደት ሂደት ጋር ተዳምረው ለኢንዱስትሪ አተገባበር ሁለት የተለመዱ መሰናክሎችን ይቀንሳሉ፡ ወጪ እና ፍጥነት።

"በኢንዱስትሪ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ጊዜ ገንዘብ ነው" ሲል ፓውዛውስኪ ተናግሯል. "ለእነዚህ ኤሌክትሮዶች መነሻ ቁሳቁሶችን ከሳምንታት ይልቅ በሰዓታት ውስጥ መስራት እንችላለን። ይህ ደግሞ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን ልዕለ አቅም ያላቸው ኤሌክትሮዶችን ለመሥራት ያለውን የውህደት ወጪ በእጅጉ ሊቀንስ ይችላል።

ውጤታማ የሱፐርካፓሲተር ኤሌክትሮዶች ከካርቦን የበለፀጉ ቁሳቁሶች የተገነቡ ሲሆን ይህም ከፍተኛ ቦታም አለው. የኋለኛው መስፈርት በጣም አስፈላጊ ነው ምክንያቱም ሱፐርካፒተሮች የኤሌክትሪክ ክፍያን የሚያከማቹበት ልዩ መንገድ። አንድ የተለመደ ባትሪ በውስጡ በሚከሰቱ ኬሚካላዊ ምላሾች አማካኝነት የኤሌክትሪክ ክፍያዎችን ሲያከማች፣ ሱፐርካፓሲተር በምትኩ አወንታዊ እና አሉታዊ ክፍያዎችን በቀጥታ በላዩ ላይ ያከማቻል እና ይለያል።

የቁሳቁስ ሳይንስ እና ኢንጂነሪንግ ዲፓርትመንት የዩደብሊው የዶክትሬት ተማሪ የሆነው አብሮ መሪ ማቲው ሊም “Supercapacitors ከባትሪ የበለጠ ፈጣን እርምጃ ሊወስዱ ይችላሉ ምክንያቱም በምላሽ ፍጥነት ወይም ሊፈጠሩ በሚችሉ ምርቶች ላይ የተገደቡ አይደሉም። "Supercapacitors በጣም በፍጥነት መሙላት እና ማስወጣት ይችላሉ፣ለዚህም ነው እነዚህን 'ጥራዞች' የኃይል አቅርቦት በማድረስ ረገድ ጥሩ የሆኑት።"

የዩደብሊው የኬሚካል ምህንድስና ዲፓርትመንት የዶክትሬት ተማሪ የሆነው ባልደረባው ደራሲ ማቲው ክሬን “አንድ ባትሪ በራሱ በጣም ቀርፋፋ በሆነበት መቼት ውስጥ ጥሩ አፕሊኬሽኖች አሏቸው” ብሏል። "ባትሪው የኃይል ፍላጎቶችን ለማሟላት በጣም ቀርፋፋ በሆነ ጊዜ ከፍተኛ የገጽታ ቦታ ኤሌክትሮድ ያለው ሱፐርካፓሲተር በፍጥነት ወደ ውስጥ በመግባት የሃይል እጥረቱን ሊተካ ይችላል።"

ከፍተኛውን ወለል ለተቀላጠፈ ኤሌክትሮድ ለማግኘት ቡድኑ ኤሮጀልስን ተጠቅሟል። እነዚህ ፈሳሽ ክፍሎቻቸውን በአየር ወይም በሌላ ጋዝ ለመተካት ልዩ የማድረቅ እና የማሞቅ ሂደት ያለፉ እርጥብ ፣ ጄል መሰል ንጥረ ነገሮች ናቸው። እነዚህ ዘዴዎች የጄል 3-ዲ መዋቅርን ይጠብቃሉ, ይህም ከፍ ያለ ቦታ እና እጅግ በጣም ዝቅተኛ እፍጋት ይሰጡታል. ምንም ሳይቀንስ ሁሉንም ውሃ ከጄል-ኦ እንደማስወገድ ነው።

ፓውዛውስኪ “አንድ ግራም ኤርጄል እንደ አንድ የእግር ኳስ ሜዳ ያህል ስፋት አለው” ብሏል።

ክሬን ኤሮጀሎችን ከጄል-እንደ ፖሊመር ሠራው ፣ ተደጋጋሚ መዋቅራዊ ክፍሎች ያሉት ፣ ከፎርማለዳይድ እና ከሌሎች ካርቦን-ተኮር ሞለኪውሎች የተፈጠረ። ይህ መሳሪያቸው ልክ እንደ ዛሬው ሱፐርካፓሲተር ኤሌክትሮዶች በካርቦን የበለፀጉ ቁሶችን እንደሚይዝ አረጋግጧል።

ከዚህ ቀደም ሊም ግራፊን - አንድ አቶም ውፍረት ያለው የካርቦን ወረቀት በመጨመር የተገኘውን ኤርጄል በሱፐር ካፓሲተር ባህሪያት እንደጨመረ አሳይቷል። ነገር ግን ሊም እና ክሬን የኤሮጄል አፈጻጸምን ለማሻሻል እና የማዋሃድ ሂደቱን ርካሽ እና ቀላል ለማድረግ አስፈልጓቸዋል።

በሊም ቀደም ባሉት ሙከራዎች፣ graphene መጨመር የኤሮጄል አቅምን አላሻሻለውም። ስለዚህ በምትኩ ኤሮጀሎችን በሞሊብዲነም ዳይሰልፋይድ ወይም በ tungsten disulfide ቀጭን ወረቀቶች ጫኑ። ሁለቱም ኬሚካሎች ዛሬ በኢንዱስትሪ ቅባቶች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ.

ተመራማሪዎቹ ሁለቱንም ቁሳቁሶች በከፍተኛ ተደጋጋሚ የድምፅ ሞገዶች በማከም ወደ ቀጭን ሉሆች ለመከፋፈል እና በካርቦን የበለፀገ ጄል ማትሪክስ ውስጥ እንዲካተቱ አድርገዋል። ሙሉ በሙሉ የተጫነ እርጥብ ጄል ከሁለት ሰአታት ባነሰ ጊዜ ውስጥ ሊዋሃዱ ይችላሉ, ሌሎች ዘዴዎች ደግሞ ብዙ ቀናት ይወስዳሉ.

የደረቀውን አነስተኛ መጠን ያለው ኤሮጄል ካገኙ በኋላ ከማጣበቂያዎች እና ከካርቦን የበለጸገ ሌላ ንጥረ ነገር ጋር በማጣመር የኢንዱስትሪ “ሊጥ” ፈጠሩ። የግማሽ ኢንች ዲስኮችን ከሊጡ ላይ ቆርጠው ወደ ቀላል የሳንቲም ሴል ባትሪ ማስቀመጫዎች ሰበሰቡ።

የእነሱ ኤሌክትሮዶች ፈጣን፣ ቀላል እና በቀላሉ እንዲዋሃዱ ብቻ ሳይሆን አቅምን ከካርቦን ከበለፀገ ኤርጄል ቢያንስ 127 በመቶ የሚበልጡ ናቸው።

ሊም እና ክሬን ከ10 እስከ 100 አተሞች ውፍረት ያለው ሞሊብዲነም ዳይሰልፋይድ ወይም ቱንግስተን ዳይሰልፋይድ እንኳ የጫኑ ኤሮጀሎች የተሻለ አፈጻጸም ያሳያሉ ብለው ይጠብቃሉ። ነገር ግን በመጀመሪያ ፣ የተጫኑ ኤሮጀሎች ለመዋሃድ ፈጣን እና ርካሽ ፣ ለኢንዱስትሪ ምርት አስፈላጊ እርምጃ መሆኑን ለማሳየት ፈለጉ ። ጥሩ ማስተካከያው ቀጥሎ ይመጣል።

ቡድኑ እነዚህ ጥረቶች ከሱፐርካፓሲተር ኤሌክትሮዶች ውጭም ሳይንስን ለማራመድ ይረዳሉ ብሎ ያምናል. የእነሱ ኤሮጄል-የተንጠለጠለበት ሞሊብዲነም ዲሰልፋይድ የሃይድሮጅንን ምርት ለማዳበር በበቂ ሁኔታ የተረጋጋ ሆኖ ሊቆይ ይችላል። እና ቁሶችን በኤሮጀል ውስጥ በፍጥነት ለማጥመድ ያላቸው ዘዴ ከፍተኛ አቅም ባላቸው ባትሪዎች ወይም ካታላይዝስ ላይ ሊተገበር ይችላል።