Supercapacitors minangka jinis piranti sing bisa nyimpen lan ngirim energi luwih cepet tinimbang baterei konvensional. Panjaluk dhuwur kanggo aplikasi kalebu mobil listrik, telekomunikasi nirkabel lan laser kanthi daya dhuwur.

Nanging kanggo nyadari aplikasi kasebut, superkapasitor butuh elektroda sing luwih apik, sing nyambungake superkapasitor menyang piranti sing gumantung marang energi. Elektroda iki kudu luwih cepet lan luwih murah kanggo nggawe kanthi skala gedhe lan uga bisa ngisi lan ngeculake beban listrik kanthi luwih cepet. Tim insinyur ing Universitas Washington mikir yen wis nggawe proses kanggo nggawe bahan elektroda superkapasitor sing bakal nyukupi panjaluk industri lan panggunaan sing ketat.

Peneliti, dipimpin dening asisten profesor ilmu material lan teknik UW Peter Pauzauskie, nerbitake makalah tanggal 17 Juli ing jurnal Nature Microsystems lan Nanoengineering sing nggambarake elektroda supercapacitor lan cara sing cepet lan murah. Cara novel kasebut diwiwiti kanthi bahan kaya karbon sing wis dikeringake dadi matriks kapadhetan rendah sing diarani aerogel. Airgel iki dhewe bisa tumindak minangka elektroda mentah, nanging tim Pauzauskie luwih saka tikel kaping pindho kapasitansi, yaiku kemampuan kanggo nyimpen muatan listrik.

Bahan wiwitan sing murah iki, ditambah karo proses sintesis sing luwih ramping, nyuda rong alangan umum kanggo aplikasi industri: biaya lan kacepetan.

"Ing aplikasi industri, wektu iku dhuwit," ujare Pauzauskie. "Kita bisa nggawe bahan wiwitan kanggo elektroda kasebut sajrone pirang-pirang jam, tinimbang minggu. Lan bisa nyuda biaya sintesis kanggo nggawe elektroda supercapacitor kanthi kinerja dhuwur.

Elektroda superkapasitor sing efektif disintesis saka bahan sing sugih karbon sing uga duwe area permukaan sing dhuwur. Syarat terakhir kritis amarga supercapacitors cara unik nyimpen daya listrik. Nalika baterei konvensional nyimpen biaya listrik liwat reaksi kimia sing kedadeyan ing njero, supercapacitor nyimpen lan misahake muatan positif lan negatif langsung ing permukaane.

"Supercapacitors bisa tumindak luwih cepet tinimbang baterei amarga padha ora diwatesi dening kacepetan reaksi utawa produk sampingan sing bisa dibentuk," ujare penulis utama Matthew Lim, mahasiswa doktoral UW ing Departemen Ilmu & Teknik Material. "Supercapacitors bisa ngisi daya lan ngeculake kanthi cepet, mula dheweke pancen apik banget kanggo ngirim daya 'pulsa' iki."

"Dheweke duwe aplikasi sing apik ing setelan nalika baterei dhewe alon banget," ujare penulis utama Matthew Crane, mahasiswa doktoral ing Departemen Teknik Kimia UW. "Ing wektu nalika baterei alon banget kanggo nyukupi kabutuhan energi, supercapacitor kanthi elektroda permukaan sing dhuwur bisa 'nyepak' kanthi cepet lan ngrampungake kekurangan energi."

Kanggo entuk area permukaan sing dhuwur kanggo elektroda sing efisien, tim kasebut nggunakake aerogel. Iki minangka zat udan, kaya gel sing wis ngalami perawatan khusus kanggo pangatusan lan pemanasan kanggo ngganti komponen cair karo hawa utawa gas liyane. Cara iki ngreksa struktur 3-D gel, menehi area lumahing dhuwur lan Kapadhetan banget kurang. Iku kaya mbusak kabeh banyu metu saka Jell-O tanpa shrinking.

"Salah gram airgel ngemot kira-kira area lumahing minangka lapangan bal-balan," ujare Pauzauskie.

Crane nggawe aerogel saka polimer kaya gel, bahan kanthi unit struktur sing bola-bali, digawe saka formaldehida lan molekul basis karbon liyane. Iki mesthekake yen piranti kasebut, kaya elektroda superkapasitor saiki, bakal kalebu bahan sing sugih karbon.

Sadurunge, Lim nduduhake yen nambahake graphene-yaiku lembaran karbon mung siji atom sing kandel-menyang gel ngasilake aerogel kanthi sifat supercapacitor. Nanging, Lim lan Crane perlu kanggo nambah kinerja aerogel, lan nggawe proses sintesis luwih murah lan luwih gampang.

Ing eksperimen Lim sadurunge, nambah graphene ora nambah kapasitansi aerogel. Supaya padha malah dimuat aerogels karo sheets lancip saka salah siji molybdenum disulfide utawa tungsten disulfide. Kaloro bahan kimia iki digunakake kanthi wiyar saiki ing pelumas industri.

Para panaliti ngolah bahan kasebut kanthi gelombang swara frekuensi dhuwur kanggo ngrusak dadi lembaran tipis lan digabungake menyang matriks gel sing sugih karbon. Dheweke bisa nyintesis gel udan sing diisi kanthi lengkap sajrone kurang saka rong jam, dene cara liyane mbutuhake pirang-pirang dina.

Sasampunipun pikantuk pepe, aerogel Kapadhetan kurang, padha digabungake karo adhesives lan bahan karbon liyane kanggo nggawe industri "adonan", kang Lim mung bisa muter metu kanggo sheets mung sawetara ewu inch nglukis. Padha Cut cakram setengah-inch saka keuangan lan nglumpuk menyang casings baterei sel duwit receh prasaja kanggo nyoba efektifitas materi minangka elektroda supercapacitor.

Ora mung padha elektrods cepet, prasaja lan gampang kanggo sintesis, nanging uga olahraga kapasitansi paling 127 persen luwih saka aergel sugih karbon piyambak.

Lim lan Crane ngarepake yen aerogel sing diisi karo lembaran molybdenum disulfide utawa tungsten disulfide sing luwih tipis - sing kandel udakara 10 nganti 100 atom - bakal nuduhake kinerja sing luwih apik. Nanging pisanan, dheweke pengin nuduhake yen aerogel sing dimuat bakal luwih cepet lan luwih murah kanggo disintesis, langkah sing perlu kanggo produksi industri. Fine-tuning rawuh sabanjuré.

Tim kasebut percaya manawa upaya kasebut bisa mbantu ngelmu luwih maju sanajan ing njaba wilayah elektroda superkapasitor. Molybdenum disulfide sing digantung kanthi aerogel bisa uga cukup stabil kanggo ngatalisis produksi hidrogen. Lan cara kanggo njebak bahan kanthi cepet ing aerogel bisa ditrapake kanggo baterei kapasitansi dhuwur utawa katalisis.