I supercapacitors sò un tipu di dispositivu chjamatu bè chì ponu almacenà è furnisce energia più veloce di e batterie cunvinziunali. Sò in alta dumanda di applicazioni cumprese vitture elettriche, telecomunicazioni wireless è laser d'alta putenza.

Ma per rializà queste applicazioni, i supercapacitors necessitanu elettrodi megliu, chì cunnette u supercapacitor à i dispositi chì dependenu di a so energia. Questi elettrodi anu da esse più veloce è più prezzu per fà in grande scala è ancu capaci di carica è scaricate a so carica elettrica più veloce. Una squadra d'ingegneri di l'Università di Washington pensa chì anu ghjuntu cun un prucessu per a fabricazione di materiali di l'elettrodi supercapacitor chì risponde à queste strette esigenze industriali è d'usu.

I circadori, guidati da u prufessore assistente di a scienza di i materiali è l'ingegneria di l'UW, Peter Pauzauskie, anu publicatu un articulu u 17 di lugliu in a rivista Nature Microsystems and Nanoengineering chì descrive u so elettrodu supercapacitor è u modu veloce è pocu costu chì l'anu fattu. U so novu metudu principia cù materiali ricchi di carbone chì sò stati secchi in una matrice di bassa densità chjamata aerogel. Stu aerogel in u so propiu pò agisce cum'è un elettrodu crudu, ma a squadra di Pauzauskie hà più di duppià a so capacità, chì hè a so capacità di almacenà a carica elettrica.

Questi materiali di partenza à pocu prezzu, accumpagnati da un prucessu di sintesi simplificatu, minimizzanu dui ostaculi cumuni à l'applicazione industriale: u costu è a rapidità.

"In l'applicazioni industriali, u tempu hè soldi", disse Pauzauskie. "Pudemu fà i materiali di partenza per questi elettrodi in ore, invece di settimane. È chì pò riduce significativamente u costu di sintesi per a fabricazione di elettrodi supercapacitor d'altu rendiment ".

L'elettrodi supercapacitor efficaci sò sintetizzati da materiali ricchi di carbone chì anu ancu una superficia alta. L'ultimu requisitu hè criticu per via di u modu unicu chì i supercapacitors almacenanu a carica elettrica. Mentre chì una batteria cunvinziunali conserva e cariche elettriche per via di e reazzioni chimiche chì si verificanu in questu, un supercapacitor invece almacena è separa e carichi pusitivi è negativi direttamente nantu à a so superficia.

"Supercapacitors ponu agisce assai più veloce di e batterie perchè ùn sò micca limitati da a velocità di a reazione o di i sottoprodotti chì ponu formate", hà dettu u coautore Matthew Lim, un studiente di duttore UW in u Dipartimentu di Scienza è Ingegneria di i Materiali. "I supercondensatori ponu carricà è scaricate assai rapidamente, per quessa, sò fantastichi per furnisce questi "impulsi" di putenza".

"Anu grandi applicazioni in i paràmetri induve una batteria per sè stessu hè troppu lenta", hà dettu u so cumpagnu autore principale Matthew Crane, un studiente di duttore in u Dipartimentu di Ingegneria Chimica UW. "In i mumenti induve una batteria hè troppu lenta per risponde à e richieste di energia, un supercapacitor cù un elettrodu di superficia alta puderia "scalda" rapidamente è cumpensà u deficit energeticu".

Per ottene a superficia alta per un elettrodu efficiente, a squadra hà utilizatu aerogels. Quessi sò sustanzi umdi, simili à gel, chì anu passatu per un trattamentu speciale di siccà è riscaldamentu per rimpiazzà i so cumpunenti liquidi cù l'aria o un altru gasu. Questi metudi preservanu a struttura 3-D di u gel, dendu una superficia alta è una densità estremamente bassa. Hè cum'è caccià tutta l'acqua da Jell-O senza sminuisce.

"Un grammu di aerogel cuntene circa tanta superficia quant'è un campu di football", disse Pauzauskie.

Crane hà fattu aerogels da un polimeru gel-like, un materiale cù unità strutturali ripetute, creatu da formaldeide è altre molécule basate in carbonu. Questu hà assicuratu chì u so dispositivu, cum'è l'elettrodi supercapacitor di l'oghje, custituisci di materiali ricchi di carbone.

In precedenza, Lim hà dimustratu chì l'aghjunzione di grafene - chì hè una foglia di carbone solu un atomu di grossu - à u gel imbuia l'aerogel risultatu cù proprietà di supercapacitor. Ma, Lim è Crane avianu bisognu di migliurà u rendiment di l'aerogel, è rende u prucessu di sintesi più prezzu è più faciule.

In l'esperimenti precedenti di Lim, l'aghjunghje grafene ùn hà micca migliuratu a capacità di l'aerogel. Dunque, invece, anu caricatu aerogels cù fogli sottili di disulfuru di molibdenu o disulfuru di tungstenu. I dui chimichi sò largamente usati oghje in lubricanti industriali.

I circadori anu trattatu i dui materiali cù onde sonore d'alta frequenza per sparghje in fogli sottili è incorporati in a matrice di gel ricca di carbone. Puderanu sintetizà un gel umitu cumplettamente caricatu in menu di duie ore, mentre chì altri metudi piglianu parechji ghjorni.

Dopu avè ottinutu l'aerogel seccu, di bassa densità, l'anu cumminatu cù adesivi è un altru materiale riccu di carbone per creà una "pasta" industriale, chì Lim puderia simpricimenti stende à foglia solu uni pochi millesimi di un inch thick. Taglianu dischi di mezza pollice da a pasta è l'assemblanu in carcasse semplici di batterie di pila di monete per pruvà l'efficacità di u materiale cum'è un elettrodu supercapacitor.

Ùn sò solu i so elettrodi veloci, simplici è faciuli di sintetizà, ma anu ancu una capacità di almenu 127 per centu più grande di l'aerogel riccu di carbone solu.

Lim è Crane aspettanu chì l'aerogels caricati cù fogli ancu più sottili di disulfuru di molibdenu o disulfuru di tungstenu - i so sò stati circa 10 à 100 atomi di spessore - mostranu un rendimentu ancu megliu. Ma prima, vulianu dimustrà chì l'aerogels caricati seranu più veloci è più prezzu di sintetizà, un passu necessariu per a produzzione industriale. A fine-tuning vene dopu.

A squadra crede chì questi sforzi ponu aiutà à avanzà a scienza ancu fora di u regnu di l'elettrodi supercapacitor. U so disulfuru di molibdenu suspesu in aerogel puderia esse abbastanza stabile per catalizà a produzzione di l'idrogenu. È u so metudu per intrappulà i materiali rapidamente in aerogels puderia esse appiicatu à batterie d'alta capacità o catalisi.