Ang mga supercapacitor usa ka haom nga ginganlan nga tipo sa aparato nga makatipig ug makahatag kusog nga kusog kaysa sa naandan nga mga baterya. Naa sila sa taas nga panginahanglan alang sa mga aplikasyon lakip ang mga de-koryenteng awto, wireless telecommunications ug mga high-powered laser.

Apan aron maamgohan kini nga mga aplikasyon, ang mga supercapacitor nanginahanglan mas maayo nga mga electrodes, nga nagkonektar sa supercapacitor sa mga aparato nga nagdepende sa ilang kusog. Kini nga mga electrodes kinahanglan nga mas paspas ug mas barato aron mahimo sa usa ka dako nga sukdanan ug makahimo usab sa pag-charge ug pag-discharge sa ilang electrical load nga mas paspas. Ang usa ka grupo sa mga inhenyero sa Unibersidad sa Washington naghunahuna nga nakahimo sila og usa ka proseso alang sa paghimo og supercapacitor electrode nga mga materyales nga makatubag niining higpit nga mga panginahanglan sa industriya ug paggamit.

Ang mga tigdukiduki, nga gipangulohan sa UW assistant professor of materials science and engineering Peter Pauzauskie, nagpatik sa usa ka papel sa Hulyo 17 sa journal Nature Microsystems and Nanoengineering nga naghulagway sa ilang supercapacitor electrode ug sa paspas, barato nga paagi nga ilang gihimo. Ang ilang bag-ong pamaagi nagsugod sa mga materyal nga puno sa carbon nga gipauga sa usa ka low-density matrix nga gitawag og aerogel. Kini nga airgel sa iyang kaugalingon mahimo nga molihok ingon usa ka krudo nga elektrod, apan ang koponan ni Pauzauskie labaw pa sa doble ang kapasidad niini, nga mao ang katakus sa pagtipig sa kuryente.

Kining dili mahal nga mga materyales sa pagsugod, inubanan sa usa ka streamlined nga proseso sa synthesis, nagpamenos sa duha ka kasagarang mga babag sa aplikasyon sa industriya: gasto ug katulin.

"Sa mga aplikasyon sa industriya, ang oras mao ang salapi," miingon si Pauzauskie. "Mahimo namon ang pagsugod nga mga materyales alang sa kini nga mga electrodes sa mga oras, kaysa mga semana. Ug kana mahimo’g makapaubos sa gasto sa synthesis alang sa paghimo sa mga high-performance nga supercapacitor electrodes.

Ang epektibo nga supercapacitor electrodes gi-synthesize gikan sa carbon-rich nga mga materyales nga adunay taas usab nga surface area. Ang ulahi nga kinahanglanon hinungdanon tungod sa talagsaon nga paagi sa pagtipig sa mga supercapacitor sa kuryente. Samtang ang usa ka naandan nga baterya nagtipig sa mga singil sa kuryente pinaagi sa mga kemikal nga reaksyon nga nahitabo sa sulod niini, ang usa ka supercapacitor sa baylo nagtipig ug nagbulag sa positibo ug negatibo nga mga singil direkta sa ibabaw niini.

"Ang mga supercapacitor mahimong molihok nga mas paspas kay sa mga baterya tungod kay dili kini limitado sa katulin sa reaksyon o mga produkto nga mahimong maporma," miingon ang co-lead author nga si Matthew Lim, usa ka estudyante sa doktor sa UW sa Department of Materials Science & Engineering. "Ang mga supercapacitor dali nga ma-charge ug ma-discharge, mao nga maayo sila sa paghatud niining mga 'pulso' sa gahum."

"Adunay sila maayo nga mga aplikasyon sa mga setting diin ang usa ka baterya sa iyang kaugalingon hinay kaayo," miingon ang kauban nga nanguna nga awtor nga si Matthew Crane, usa ka estudyante sa doktor sa UW Department of Chemical Engineering. "Sa mga higayon diin ang usa ka baterya hinay kaayo aron matubag ang mga panginahanglanon sa enerhiya, ang usa ka supercapacitor nga adunay taas nga electrode sa sulud sa sulud mahimong 'sipa' dayon ug makabawi sa kakulangan sa enerhiya."

Aron makuha ang taas nga lugar sa ibabaw alang sa usa ka episyente nga electrode, gigamit sa team ang mga aerogels. Kini mga basa, sama sa gel nga mga substansiya nga miagi sa usa ka espesyal nga pagtambal sa pagpauga ug pagpainit aron mapulihan ang ilang mga likido nga sangkap sa hangin o lain nga gas. Kini nga mga pamaagi nagpreserbar sa 3-D nga istruktura sa gel, naghatag kini usa ka taas nga lugar sa nawong ug labi ka ubos nga densidad. Kini sama sa pagtangtang sa tanang tubig gikan sa Jell-O nga walay pagkupos.

“Ang usa ka gramo sa airgel adunay halos sama ka dako nga luna sa nawong sa usa ka football field,” miingon si Pauzauskie.

Ang crane naghimo og mga aerogels gikan sa usa ka gel-like polymer, usa ka materyal nga adunay balik-balik nga structural units, nga gimugna gikan sa formaldehyde ug uban pang carbon-based nga molekula. Gipaneguro niini nga ang ilang aparato, sama sa mga supercapacitor electrodes karon, naglangkob sa mga materyales nga puno sa carbon.

Kaniadto, gipakita ni Lim nga ang pagdugang sa graphene—nga usa ka panid sa carbon usa lang ka atomo ang gibag-on—sa gel nagpuno sa resulta nga airgel nga adunay supercapacitor nga mga kabtangan. Apan, gikinahanglan ni Lim ug Crane nga pauswagon ang performance sa aerogel, ug himoong mas barato ug mas sayon ​​ang proseso sa synthesis.

Sa miaging mga eksperimento ni Lim, ang pagdugang sa graphene wala makapauswag sa kapasidad sa aerogel. Busa gikargahan hinuon nila ang mga aerogels ug nipis nga mga palid sa molybdenum disulfide o tungsten disulfide. Ang duha ka kemikal kaylap nga gigamit karon sa industriyal nga mga lubricant.

Gitratar sa mga tigdukiduki ang duha ka mga materyales nga adunay mga high-frequency nga sound wave aron mabungkag kini ngadto sa nipis nga mga sheet ug ilakip kini sa matrix nga puno sa carbon nga gel. Mahimo silang mag-synthesize sa usa ka bug-os nga puno nga basa nga gel sa wala’y duha ka oras, samtang ang ubang mga pamaagi molungtad daghang mga adlaw.

Human makuha ang uga, ubos nga densidad nga aerogel, gikombinar nila kini sa mga adhesive ug laing carbon-rich nga materyal aron makamugna og usa ka industriyal nga “dough,” nga mahimo lamang nga i-roll ni Lim ngadto sa mga sheet nga pipila lang ka libo sa usa ka pulgada ang gibag-on. Giputol nila ang tunga sa pulgada nga mga disc gikan sa minasa ug gi-assemble kini ngadto sa yano nga coin cell battery casings aron sulayan ang pagka-epektibo sa materyal isip supercapacitor electrode.

Dili lamang ang ilang mga electrodes paspas, yano ug dali nga ma-synthesize, apan sila usab adunay kapasidad nga labing menos 127 porsyento nga mas dako kaysa sa carbon-rich airgel nga nag-inusara.

Gidahom ni Lim ug Crane nga ang mga aerogels nga puno sa mas nipis nga mga palid sa molybdenum disulfide o tungsten disulfide—mga 10 ngadto sa 100 ka atomo ang gibag-on niini—mopakita ug mas maayong performance. Apan una, gusto nila nga ipakita nga ang gikarga nga mga aerogels mahimong mas paspas ug mas barato sa pag-synthesize, usa ka kinahanglanon nga lakang alang sa produksiyon sa industriya. Ang fine-tuning moabut sunod.

Ang team nagtuo nga kini nga mga paningkamot makatabang sa pag-uswag sa siyensya bisan sa gawas sa gingharian sa mga supercapacitor electrodes. Ang ilang aerogel nga gisuspinde nga molybdenum disulfide mahimong magpabilin nga igo nga lig-on aron ma-catalyze ang produksiyon sa hydrogen. Ug ang ilang pamaagi sa paglit-ag sa mga materyales nga dali sa aerogel mahimong magamit sa taas nga kapasidad nga mga baterya o catalysis.