Supercapacitors celebek amûrek bi navê rast e ku dikare ji bataryayên kevneşopî zûtir enerjiyê hilîne û radest bike. Ew ji bo serîlêdanan di nav de gerîdeyên elektrîkê, têlefonên bêtêl û lazerên bi hêz-bilind daxwazek mezin in.

Lê ji bo pêkanîna van sepanan, supercapacitors hewceyê elektrodên çêtir in, ku supercapacitor bi cîhazên ku bi enerjiya wan ve girêdayî ne ve girêdidin. Pêdivî ye ku ev elektrod hem bileztir û erzantir bin da ku di astek mezin de werin çêkirin û hem jî karibin barkirina elektrîkê zûtir bar bikin û dakêşin. Tîmek endezyaran li Zanîngeha Washington difikire ku wan pêvajoyek ji bo çêkirina materyalên elektrodê superkapacitor peyda kiriye ku dê van daxwazên hişk ên pîşesaziyê û karanîna bicîh bîne.

Lekolînwan, bi serokatiya alîkarê profesorê zanistiya materyal û endezyariyê yê UW Peter Pauzauskie, di 17ê Tîrmehê de kaxezek di kovara Nature Microsystems and Nanoengineering de weşandin ku tê de elektrodê superkapacitor û awayê bilez û erzan ku wan çêkirine vedibêje. Rêbaza wan a nû bi materyalên karbon-dewlemend ên ku di nav matrixek kêm-dansîte ya bi navê aerogel de hatine hişk kirin dest pê dike. Ev airgel bi serê xwe dikare wekî elektrodek xav tevbigere, lê tîmê Pauzauskie kapasîteya wê du qat zêde kir, ku ew şiyana wê ye ku barkirina elektrîkê hilîne.

Van materyalên destpêkê yên erzan, digel pêvajoyek sentezek birêkûpêk, du astengên hevpar ên serîlêdana pîşesaziyê kêm dikin: lêçûn û bilez.

"Di sepanên pîşesaziyê de, dem drav e," got Pauzauskie. "Em dikarin malzemeyên destpêkê ji bo van elektrod bi saetan çêkin, ne bi hefteyan. Û ev dikare bi girîngî lêçûna sentezê ji bo çêkirina elektrodên superkapacitorê bi performansa bilind kêm bike."

Elektrodên superkapacitor ên bi bandor ji materyalên karbon-dewlemend ên ku di heman demê de rûberek wan a bilind jî heye têne sentez kirin. Pêdiviya paşîn krîtîk e ji ber awayê bêhempa ku supercapacitors barkirina elektrîkê hildiberînin. Dema ku pîlê konvansiyonel bi reaksiyonên kîmyewî yên ku di hundurê xwe de çêdibin barên elektrîkê hildibijêre, li şûna wê supercapacitor barên erênî û neyînî rasterast li ser rûyê xwe hilîne û ji hev vediqetîne.

Nivîskarê hevserok Matthew Lim, xwendekarek doktoraya UW li Beşa Zanist û Endezyariyê ya Materyal, got: "Superkapacitor dikarin ji bataryayê pir zûtir tevbigerin ji ber ku ew bi leza reaksiyonê an hilberên ku dikarin çêbibin bi sînor nabin." "Superkapacitor dikarin pir zû dakêşin û dakêşin, ji ber vê yekê ew di radestkirina van 'pulsên' hêzê de pir baş in."

"Wan di mîhengan de serîlêdanên mezin hene ku pîlê bi serê xwe pir hêdî ye," got nivîskarê sereke Matthew Crane, xwendekarek doktorayê li Beşa Endezyariya Kîmyewî ya UW. "Di kêliyên ku bataryayek pir hêdî ye ku hewcedariyên enerjiyê bi cih bîne, superkapasîtorek bi elektrodek rûbera bilind dikare zû 'biqede' û kêmasiya enerjiyê temam bike."

Ji bo bidestxistina qada bilind a elektrodek bikêr, tîmê aerogel bikar anîn. Ev maddeyên şil, wek gêl in, ku ji dermankirinek taybetî ya zuwakirin û germkirinê re derbas bûne da ku li şûna pêkhateyên xwe yên şil bi hewa an gazek din re biguhezînin. Van rêbazan avahiya 3-D ya gel diparêzin, jê re rûberek bilind û dendika pir kêm dide. Ew mîna derxistina hemî avê ji Jell-O-yê bêyî ku piçûk bibe ye.

Pauzauskie got, "Yek gram hewayê bi qasî qada futbolê rûberek heye."

Crane aerogel ji polîmerek mîna gêlê çêkir, materyalek bi yekîneyên avahîsaziyê yên dubarekirî, ku ji formaldehyde û molekulên din ên karbon-based hatî afirandin. Vê yekê piştrast kir ku cîhaza wan, mîna elektrodên supercapacitor ên îroyîn, dê ji materyalên karbon-dewlemend pêk were.

Berê, Lim destnîşan kir ku bi zêdekirina grafenê -ku pelek karbonê tenê yek atom stûr e- li gêlê zêdekirina hewayê ya ku derketî bi taybetmendiyên superkapacitor ve girêdayî ye. Lê, Lim û Crane hewce bû ku performansa aerogel çêtir bikin, û pêvajoya sentezkirinê erzantir û hêsantir bikin.

Di ceribandinên berê yên Lim de, zêdekirina grafene kapasîteya aerogelê baştir nekiribû. Ji ber vê yekê wan li şûna aerogelan pelên tenik ên molîbden disulfîd an jî tungsten dîsulfîdê bar kirin. Her du kîmyewî îro bi berfirehî di rûnê pîşesaziyê de têne bikar anîn.

Lekolînwanan her du materyal bi pêlên deng ên bi frekansa bilind derman kirin da ku wan bikin pelên zirav û wan bixin nav matrixa gel a dewlemend a karbonê. Ew dikarin di kêmtirî du demjimêran de jelek şil bi tevahî barkirî sentez bikin, dema ku rêbazên din dê gelek rojan bidomînin.

Piştî bidestxistina aerogela ziwa, bi tîrêjiya kêm, wan ew bi zeliqan û materyalek din a dewlemend-karbonê re li hev kirin da ku "hevîr"ek pîşesazî biafirînin, ku Lim bi hêsanî dikare li ser pelên ku tenê çend hezarên înç qalind biqelişîne. Wan dîskên nîv înç ji hevîrê qut kirin û ew di qalikên bataryayên hucreya pereyên sade de berhev kirin da ku bandora materyalê wekî elektrodek superkapacitor ceribandin.

Ne tenê elektrodên wan bilez, sade û hêsan bûn ji bo sentezkirinê, lê di heman demê de wan di heman demê de kapasîteyek bi kêmî ve 127 ji sedî ji hewaya zengîn-karbonê bi tenê jî mezintir dikirin.

Lim û Crane hêvî dikin ku aerogelên ku bi pelên hê ziravtir ên molîbdenum dîsulfîd an tûngsten dîsulfîdê hatine barkirin - yên wan bi qasî 10 û 100 atoman qalind bûn - dê performansek hîn çêtir nîşan bidin. Lê pêşî, wan dixwest ku nîşan bidin ku aerogelên barkirî dê zûtir û erzantir werin sentez kirin, ku ji bo hilberîna pîşesaziyê gavek hewce ye. The fine-tuning next tê.

Tîm bawer dike ku ev hewldan dikarin alîkariya pêşkeftina zanistê jî li derveyî qada elektrodên supercapacitor bikin. Disulfideya wan a molîbdenê ya aerogel-dagirtî dibe ku têra xwe sabît bimîne ku hilberîna hîdrojenê katalîze bike. Û rêbaza wan a girtina materyalan zû di nav aerogelan de dikare li bataryayên kapasîteya bilind an katalîzasyonê were sepandin.