Is cineál feiste atá ainmnithe go cuí iad supertoilleoirí ar féidir leo fuinneamh a stóráil agus a sheachadadh níos tapúla ná na gnáthcheallraí. Tá an-éileamh orthu ar fheidhmchláir lena n-áirítear gluaisteáin leictreacha, teileachumarsáid gan sreang agus léasair ardchumhachta.

Ach chun na hiarratais seo a bhaint amach, tá leictreoidí níos fearr ag teastáil ó supercapacitors, a nascann an supercapacitor leis na feistí atá ag brath ar a gcuid fuinnimh. Ní mór na leictreoidí seo a bheith níos gasta agus níos saoire le déanamh ar mhórscála agus beidh siad in ann a n-ualach leictreach a luchtú agus a scaoileadh níos tapúla freisin. Ceapann foireann innealtóirí in Ollscoil Washington go bhfuil próiseas déanta acu chun ábhair leictreoidí sár-toilleora a mhonarú a chomhlíonfaidh na héilimh dhian tionsclaíochta agus úsáide seo.

D'fhoilsigh na taighdeoirí, faoi stiúir ollamh cúnta UW le heolaíocht ábhar agus innealtóireacht Peter Pauzauskie, páipéar ar 17 Iúil san iris Nature Microsystems agus Nanoengineering ag cur síos ar a n-leictreoid supercapacitor agus an bealach tapa, saor a rinne siad é. Tosaíonn a modh nua le hábhair atá saibhir ó thaobh carbóin de a triomaíodh isteach i maitrís ísealdlúis ar a dtugtar aerógála. Féadann an t-aergel seo ina aonar gníomhú mar leictreoid amh, ach mhéadaigh foireann Pauzauskie níos mó ná a toilleas faoi dhó, agus is é sin a cumas lucht leictreach a stóráil.

Laghdaíonn na hábhair tosaigh seo, chomh maith le próiseas sintéise sruthlínithe, dhá bhacainn choitianta ar chur i bhfeidhm tionsclaíoch: costas agus luas.

“I bhfeidhmchláir thionsclaíocha, is airgead é an t-am,” a dúirt Pauzauskie. “Is féidir linn na hábhair tosaigh do na leictreoidí seo a dhéanamh in uaireanta, seachas seachtainí. Agus is féidir leis sin laghdú suntasach a dhéanamh ar an gcostas sintéise a bhaineann le leictreoidí sár-toilleora ardfheidhmíochta a dhéanamh.”

Déantar leictreoidí supercapacitor éifeachtach a shintéisiú ó ábhair atá saibhir i carbóin a bhfuil achar dromchla ard acu freisin. Tá an dara riachtanas ríthábhachtach mar gheall ar an mbealach uathúil a stórálann supertoilleoirí lucht leictreach. Cé go stórálann ceallra traidisiúnta luchtanna leictreacha trí na himoibrithe ceimiceacha a tharlaíonn laistigh de, déanann sár-toilleoir ina ionad sin muirir dhearfacha agus diúltacha a stóráil agus a scaradh go díreach ar a dhromchla.

“Is féidir le sár-toilleoirí gníomhú i bhfad níos tapúla ná cadhnraí toisc nach bhfuil siad teoranta ag luas an imoibrithe nó na seachtháirgí is féidir a fhoirmiú,” a dúirt an comhúdar Matthew Lim, mac léinn dochtúireachta de chuid UW sa Roinn Eolaíochta Ábhar & Innealtóireachta. “Is féidir le sár-toilleoirí luchtú agus scaoileadh amach go han-tapa, agus is é sin an fáth go bhfuil siad iontach ag seachadadh na 'bíoga' cumhachta seo."

“Tá feidhmchláir iontacha acu i suíomhanna ina bhfuil cadhnra ina n-aonar ró-mhall,” a dúirt an príomhúdar Matthew Crane, mac léinn dochtúireachta i Roinn na hInnealtóireachta Ceimicí UW. “In amanna ina mbíonn cadhnra ró-mhall chun freastal ar éilimh fuinnimh, d’fhéadfadh sár-toilleoir le leictreoid achar dromchla ard ‘cic’ isteach go tapa agus cúiteamh a dhéanamh don easnamh fuinnimh.”

Chun an t-achar dromchla ard a fháil le haghaidh leictreoid éifeachtach, d'úsáid an fhoireann aerógála. Is substaintí fliucha iad seo cosúil le glóthach a chuaigh trí chóireáil speisialta triomú agus téimh chun aer nó gás eile a chur in ionad a gcomhpháirteanna leachtacha. Caomhnaíonn na modhanna seo struchtúr 3-T an fhoirmiú, rud a fhágann go bhfuil achar dromchla ard agus dlús an-íseal aige. Tá sé cosúil leis an uisce go léir a bhaint as Jell-O gan aon chrapadh.

“Tá thart ar an oiread achair dromchla agus páirc peile amháin in aon ghram de airgel,” a dúirt Pauzauskie.

Rinne craein aerógail ó pholaiméir cosúil le glóthach, ábhar le haonaid struchtúracha athfhillteacha, a cruthaíodh as formaildéad agus móilíní carbóin-bhunaithe eile. Chinntigh sé seo go mbeadh a n-gléas, cosúil le leictreoidí supercapacitor an lae inniu, comhdhéanta d'ábhair charbóin saibhir.

Roimhe seo, léirigh Lim gur cuireadh an t-aergel a bhí mar thoradh air le hairíonna sártoilleora trí ghraiféin - arb é leathán carbóin é ach aon adamh tiubh - leis an glóthach. Ach, bhí gá le Lim and Crane feabhas a chur ar fheidhmíocht an aerogel, agus an próiseas sintéise a dhéanamh níos saoire agus níos éasca.

I dturgnaimh roimhe seo Lim, níor fheabhsaigh cur graphene toilleas an aerogel. Mar sin lódáil siad aerogail ina ionad sin le leatháin tanaí de dhéshuilfíd moluibdín nó de dhéshulfíd tungstain. Úsáidtear an dá cheimiceán go forleathan inniu i mbealaidh thionsclaíocha.

Chóireáil na taighdeoirí an dá ábhar le tonnta fuaime ard-minicíochta chun iad a bhriseadh suas i leatháin tanaí agus iad a ionchorprú isteach sa mhaitrís glóthach carbóin-saibhir. D'fhéadfadh siad glóthach fliuch lán-luchtaithe a shintéisiú i níos lú ná dhá uair an chloig, agus thógfadh modhanna eile go leor laethanta.

Tar éis dóibh an t-aerógeal triomaithe ísealdlúis a fháil, chomhcheangail siad é le greamacháin agus le hábhar eile a bhí saibhir ó thaobh carbóin de chun “taos” tionsclaíoch a chruthú a bhféadfadh Lim a rolladh amach go leatháin ach cúpla míle bliain d’orlach tiubh. Ghearr siad dioscaí leath-orlach as an taos agus chuir siad le chéile iad ina chásáil cheallraí mona-chealla simplí chun éifeachtacht an ábhair mar leictreoid shár-toilleora a thástáil.

Ní hamháin go raibh a gcuid leictreoidí tapa, simplí agus éasca le sintéisiú, ach bhí toilleas acu freisin ar a laghad 127 faoin gcéad níos mó ná an t-aerghlóthach carbóin-saibhir amháin.

Tá Lim and Crane ag súil go léireodh aergels atá luchtaithe le leatháin níos tanaí de dhéshuilfíd moluibdín nó de dhéshulffíd tungstain—bhí a gcuid adamh idir 10 agus 100 ar tiús—fheidhmíocht níos fearr fós. Ach ar dtús, bhí siad ag iarraidh a thaispeáint go mbeadh sé níos tapúla agus níos saoire aerogels luchtaithe a shintéisiú, céim riachtanach le haghaidh táirgeadh tionsclaíoch. Tagann an mionchoigeartú seo chugainn.

Creideann an fhoireann gur féidir leis na hiarrachtaí seo cabhrú leis an eolaíocht a chur chun cinn fiú lasmuigh de réimse leictreoidí supercapacitor. D’fhéadfadh go bhfanfadh a ndéshulfíd moluibdín atá ar fionraí le haerógáil sách seasmhach chun táirgeadh hidrigine a chatalú. Agus d'fhéadfaí a modh chun ábhair a ghaisteáil go tapa in aerogail a chur i bhfeidhm ar chadhnraí toilleas ard nó ar chatalú.