Supercapacitors sinn eng passend benannt Aart vun Apparat, déi Energie méi séier späicheren a liwweren wéi konventionell Batterien. Si sinn an héich Nofro fir Uwendungen dorënner elektresch Autoen, drahtlose Telekommunikatioun an héich-ugedriwwen Laser.

Awer fir dës Uwendungen ze realiséieren, brauche Superkondensatoren besser Elektroden, déi den Superkondensator mat den Apparater verbannen, déi vun hirer Energie ofhänken. Dës Elektroden musse méi séier a méi bëlleg sinn fir op enger grousser Skala ze maachen an och fäeg hir elektresch Laascht méi séier ze laden an ze entlaaschten. E Team vun Ingenieuren op der University of Washington denkt datt si mat engem Prozess komm sinn fir Supercapacitor Elektroden Materialien ze fabrizéieren déi dës streng industriell an Benotzungsfuerderunge entspriechen.

D'Fuerscher, gefouert vum UW Assistent Professer fir Materialwëssenschaften an Ingenieur Peter Pauzauskie, hunn de 17. Juli e Pabeier publizéiert an der Zäitschrëft Nature Microsystems and Nanoengineering, déi hir Supercapacitor Elektrode beschreift an déi séier, preiswert Manéier wéi se et gemaach hunn. Hir nei Method fänkt mat Kuelestoff-räiche Materialien un, déi an eng niddreg Dicht Matrix gedréchent goufen, genannt Aerogel. Dës Aerogel eleng kann als rau Elektrode handelen, awer dem Pauzauskie seng Equipe huet seng Kapazitéit méi wéi verduebelt, wat seng Fäegkeet ass fir elektresch Ladung ze späicheren.

Dës preiswert Ausgangsmaterialien, gekoppelt mat engem streamlined Syntheseprozess, minimiséieren zwou gemeinsam Barrièren fir industriell Uwendung: Käschten a Geschwindegkeet.

"An industriellen Uwendungen ass Zäit Suen," sot Pauzauskie. "Mir kënnen d'Ausgangsmaterialien fir dës Elektroden a Stonnen maachen, anstatt Wochen. An dat kann d'Synthesekäschte wesentlech erofsetzen fir High-Performance Supercapacitor Elektroden ze maachen.

Effektiv Supercapacitor Elektroden ginn aus Kuelestoff-räiche Materialien synthetiséiert, déi och eng héich Uewerfläch hunn. Déi lescht Ufuerderung ass kritesch wéinst der eenzegaarteger Manéier wéi Superkondensatoren elektresch Ladung späicheren. Wärend eng konventionell Batterie elektresch Ladungen späichert iwwer déi chemesch Reaktiounen, déi dobannen optrieden, späichert en Superkondensator amplaz positiv an negativ Ladungen direkt op senger Uewerfläch.

"Supercapacitors kënne vill méi séier handelen wéi Batterien, well se net limitéiert sinn duerch d'Geschwindegkeet vun der Reaktioun oder Nebenprodukter, déi sech kënne bilden", sot de Co-Lead Autor Matthew Lim, en UW Doktorandstudent am Departement fir Materialwëssenschaften & Engineering. "Supercapacitors kënne ganz séier laden an entlaaschten, dofir si se super fir dës 'Puls' vu Kraaft ze liwweren."

"Si hu super Uwendungen an Astellungen wou eng Batterie op sech selwer ze lues ass", sot de Matbierger Autor Matthew Crane, en Doktorand am UW Department of Chemical Engineering. "A Momenter wou eng Batterie ze lues ass fir d'Energiefuerderunge gerecht ze ginn, kann e Superkondensator mat enger Elektrode mat héijer Flächfläche séier 'kick' an den Energiedefizit ausmaachen."

Fir déi héich Uewerfläch fir eng effizient Elektrode ze kréien, huet d'Team Aerogels benotzt. Dëst sinn naass, gelähnlech Substanzen, déi eng speziell Behandlung vun der Trocknung an der Heizung duerchgaang sinn, fir hir flësseg Komponenten duerch Loft oder en anere Gas ze ersetzen. Dës Methoden erhaalen d'3D Struktur vum Gel, ginn et eng héich Uewerfläch an eng extrem niddreg Dicht. Et ass wéi all Waasser aus Jell-O ze läschen ouni ze schrumpfen.

"Ee Gramm Aerogel enthält ongeféier sou vill Fläch wéi ee Fussballsterrain," sot Pauzauskie.

Crane huet Aerogels aus engem gelähnleche Polymer gemaach, e Material mat widderhuelende strukturellen Eenheeten, erstallt aus Formaldehyd an aner Kuelestoff-baséiert Moleküle. Dëst huet gesuergt, datt hiren Apparat, wéi haut d'Supercapacitor Elektroden, aus Kuelestoff-räiche Materialien besteet.

Virdrun huet de Lim bewisen datt d'Addéiere vu Graphen - dat ass e Plack vu Kuelestoff just een Atom déck - zum Gel de resultéierende Aerogel mat Superkondensatoreigenschaften beandrockt. Awer, Lim a Crane brauche fir d'Performance vum Aerogel ze verbesseren an de Syntheseprozess méi bëlleg a méi einfach ze maachen.

An de Lim fréiere Experimenter huet d'Graphen derbäigesat d'Kapazitéit vum Aerogel net verbessert. Also hunn se amplaz Aerogels mat dënnen Blieder vu Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid gelueden. Béid Chemikalien ginn haut vill an industrielle Schmiermëttel benotzt.

D'Fuerscher hunn déi zwee Materialien mat héijer Frequenz Tounwellen behandelt fir se an dënn Blieder ze briechen an se an d'kuelestoffräich Gel Matrix agebaut. Si kéinten e voll gelueden naass Gel a manner wéi zwou Stonnen synthetiséieren, während aner Methoden vill Deeg daueren.

Nodeems se de gedréchent Aerogel mat niddereger Dicht kritt hunn, hu se et mat Klebstoff an engem anere Kuelestoffräiche Material kombinéiert fir en industriellen "Teig" ze kreéieren, deen de Lim einfach op Placke just e puer dausendstel Zoll déck ausrulle konnt. Si hunn hallef Zoll Scheiwen aus dem Teig geschnidden an se an einfache Mënzzell Batterie-Hässele versammelt fir d'Effizienz vum Material als Superkondensatorelektrode ze testen.

Net nëmme waren hir Elektroden séier, einfach an einfach ze synthetiséieren, awer si hunn och eng Kapazitéit op d'mannst 127 Prozent méi grouss wéi de Kuelestoff-räichen Aerogel eleng.

Lim a Crane erwaarden datt Aerogels, déi mat nach méi dënnen Blieder vu Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid gelueden sinn - hir waren ongeféier 10 bis 100 Atomer déck - eng nach besser Leeschtung weisen. Awer als éischt wollte se weisen datt gelueden Aerogelen méi séier a méi bëlleg ze synthetiséieren, e noutwendege Schrëtt fir d'industriell Produktioun. D'Fintuning kënnt als nächst.

D'Team mengt datt dës Efforte hëllefe kënnen d'Wëssenschaft och ausserhalb vum Räich vun Supercapacitor Elektroden virzegoen. Hir Aerogel-suspendéiert Molybdändisulfid kéint genuch stabil bleiwen fir Waasserstoffproduktioun ze katalyséieren. An hir Method fir Materialien séier an Aerogels ze fangen kéint op héich Kapazitéit Batterien oder Katalyse applizéiert ginn.