Supercapacitors yo se yon kalite aparèy ki byen rele ki ka estoke ak delivre enèji pi vit pase pil konvansyonèl yo. Yo gen gwo demann pou aplikasyon ki gen ladan machin elektrik, telekominikasyon san fil ak lazè ki gen gwo pouvwa.

Men, reyalize aplikasyon sa yo, supercapacitors bezwen pi bon elektwòd, ki konekte supercapacitor a aparèy ki depann sou enèji yo. Elektwòd sa yo bezwen tou de pi rapid ak pi bon mache pou fè sou yon gwo echèl epi tou kapab chaje ak egzeyat chaj elektrik yo pi vit. Yon ekip enjenyè nan University of Washington panse ke yo te vini ak yon pwosesis pou fabrike materyèl elektwòd supercapacitor ki pral satisfè demand endistriyèl ak itilizasyon sevè sa yo.

Chèchè yo, ki te dirije pa pwofesè asistan UW nan syans materyèl ak jeni Peter Pauzauskie, pibliye yon papye sou Jiyè 17 nan jounal la Nature Microsystems and Nanoengineering ki dekri elektwòd supercapacitor yo ak fason rapid, pa chè yo te fè li. Metòd roman yo kòmanse ak materyèl ki gen anpil kabòn ki te cheche nan yon matris ki ba-dansite ki rele aerogel. Airgel sa a poukont li ka aji kòm yon elektwòd brit, men ekip Pauzauskie a plis pase double kapasite li yo, ki se kapasite li nan magazen chaj elektrik.

Materyèl kòmanse pa chè sa yo, makonnen ak yon pwosesis sentèz rasyonalize, minimize de baryè komen nan aplikasyon endistriyèl: pri ak vitès.

"Nan aplikasyon endistriyèl, tan se lajan," te di Pauzauskie. "Nou ka fè materyèl demaraj pou elektwòd sa yo nan èdtan, olye ke semèn. Epi sa ka siyifikativman diminye pri sentèz la pou fè elektwòd supercapacitor pèfòmans-wo.

Elektwòd supercapacitor efikas yo sentèz soti nan materyèl ki rich ak kabòn ki gen tou yon sifas ki wo. Dènye egzijans la kritik paske nan fason inik supercapacitors magazen chaj elektrik. Pandan ke yon batri konvansyonèl magazen chaj elektrik atravè reyaksyon chimik ki fèt nan li, yon supercapacitor olye estoke ak separe chaj pozitif ak negatif dirèkteman sou sifas li.

"Supercapacitors ka aji pi vit pase pil paske yo pa limite pa vitès la nan reyaksyon an oswa byproducts ki ka fòme," te di ko-dirijan otè Matthew Lim, yon etidyan doktora UW nan Depatman Syans Materyèl ak Jeni. "Superkondansateur yo ka chaje ak dechaje trè vit, se poutèt sa yo gwo nan delivre 'puls' pouvwa sa yo."

"Yo gen gwo aplikasyon nan anviwònman kote yon batri poukont li twò dousman," te di Matthew Crane, yon etidyan doktora nan Depatman Jeni Chimik UW. "Nan moman kote yon batri twò dousman pou satisfè demann enèji, yon superkondensateur ki gen yon elektwòd sifas ki wo ka 'choute' byen vit epi fè defisi enèji a."

Pou jwenn zòn nan sifas segondè pou yon elektwòd efikas, ekip la te itilize aerogels. Sa yo se sibstans ki mouye, ki sanble ak jèl ki te ale nan yon tretman espesyal nan siye ak chofaj ranplase konpozan likid yo ak lè oswa yon lòt gaz. Metòd sa yo prezève estrikti 3-D jèl la, bay li yon zòn sifas ki wo ak dansite trè ba. Se tankou retire tout dlo nan Jell-O san yo pa retresi.

Pauzauskie te di: "Yon gram èrgel gen anviwon otan sifas tankou yon teren foutbòl.

Crane te fè aerogels soti nan yon polymère jèl ki tankou, yon materyèl ki repete inite estriktirèl, ki te kreye nan fòmaldeyid ak lòt molekil ki baze sou kabòn. Sa a te asire ke aparèy yo, tankou elektwòd supercapacitor jodi a, ta konpoze de materyèl ki gen anpil kabòn.

Précédemment, Lim te demontre ke ajoute grafèn-ki se yon fèy kabòn jis yon atòm epesè-nan jèl la anprint èrgel ki kapab lakòz ak pwopriyete supercapacitor. Men, Lim ak Crane bezwen amelyore pèfòmans aerogel a, epi fè pwosesis sentèz la pi bon mache ak pi fasil.

Nan eksperyans anvan Lim yo, ajoute grafèn pa te amelyore kapasite aerogel la. Se konsa, yo olye yo chaje aerogels ak fèy mens swa disulfid molybdène oswa disulfide tengstèn. Tou de pwodwi chimik yo itilize lajman jodi a nan grès machin endistriyèl.

Chèchè yo te trete tou de materyèl ak vag son wo-frekans pou kraze yo an fèy mens epi enkòpore yo nan matris jèl ki rich ak kabòn. Yo te kapab fè sentèz yon jèl mouye konplètman chaje nan mwens pase de zè de tan, pandan ke lòt metòd ta pran anpil jou.

Apre yo fin jwenn aerogel ki seche, ki ba dansite, yo konbine li ak adezif ak yon lòt materyèl ki gen anpil kabòn pou kreye yon "farin" endistriyèl, ki Lim te kapab tou senpleman woule nan fèy jis kèk milyèm nan yon pous epè. Yo koupe disk demi-pous nan farin lan epi reyini yo nan bwat batri selil pyès monnen senp pou teste efikasite materyèl la kòm yon elektwòd supercapacitor.

Non sèlman yo te elektwòd yo vit, senp epi fasil pou fè sentèz, men yo tou te genyen yon kapasite omwen 127 pousan pi gran pase èrgel ki gen kabòn pou kont li.

Lim ak Crane espere ke aerogels chaje ak dra menm mens nan disulfid molybdène oswa disulfid tengstèn-yo yo te apeprè 10 a 100 atòm epè-ta montre yon pèfòmans menm pi bon. Men, anvan, yo te vle montre ke aerogels chaje ta dwe pi vit ak pi bon mache nan sentèz, yon etap nesesè pou pwodiksyon endistriyèl. Amann-a vini apre.

Ekip la kwè ke efò sa yo ka ede avanse syans menm deyò domèn elektwòd supercapacitor. Disulfid molybdène aerogel-sispann yo ta ka rete ase ki estab pou katalize pwodiksyon idwojèn. Ak metòd yo nan pèlen materyèl byen vit nan aerogels ta ka aplike nan pil gwo kapasite oswa kataliz.