Supercapacitors ເປັນອຸປະກອນທີ່ມີຊື່ທີ່ເຫມາະສົມທີ່ສາມາດເກັບຮັກສາແລະສົ່ງພະລັງງານໄດ້ໄວກວ່າຫມໍ້ໄຟທົ່ວໄປ. ພວກເຂົາເຈົ້າຢູ່ໃນຄວາມຕ້ອງການສູງສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກລວມທັງລົດໄຟຟ້າ, ໂທລະຄົມໄຮ້ສາຍແລະ lasers ພະລັງງານສູງ.

ແຕ່ເພື່ອຮັບຮູ້ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເຫຼົ່ານີ້, supercapacitor ຕ້ອງການ electrodes ທີ່ດີກວ່າ, ເຊິ່ງເຊື່ອມຕໍ່ supercapacitor ກັບອຸປະກອນທີ່ຂຶ້ນກັບພະລັງງານຂອງເຂົາເຈົ້າ. electrodes ເຫຼົ່ານີ້ຈໍາເປັນຕ້ອງມີທັງໄວແລະລາຄາຖືກກວ່າເພື່ອເຮັດໃຫ້ໃນຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຍັງສາມາດສາກໄຟແລະປ່ອຍການໂຫຼດໄຟຟ້າຂອງເຂົາເຈົ້າໄວຂຶ້ນ. ທີມງານວິສະວະກອນຂອງມະຫາວິທະຍາໄລວໍຊິງຕັນຄິດວ່າພວກເຂົາໄດ້ມາກັບຂະບວນການຜະລິດວັດສະດຸ supercapacitor electrode ທີ່ຈະຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການອຸດສາຫະກໍາແລະການນໍາໃຊ້ທີ່ເຂັ້ມງວດເຫຼົ່ານີ້.

ນັກຄົ້ນຄວ້າ, ນໍາໂດຍ UW ຜູ້ຊ່ວຍອາຈານຂອງວິທະຍາສາດວັດສະດຸແລະວິສະວະກໍາ Peter Pauzauskie, ຈັດພີມມາເອກະສານໃນ 17 ເດືອນກໍລະກົດໃນວາລະສານ Nature Microsystems ແລະ Nanoengineering ອະທິບາຍ electrode supercapacitor ຂອງເຂົາເຈົ້າແລະວິທີການໄວ, ລາຄາບໍ່ແພງທີ່ເຂົາເຈົ້າເຮັດມັນ. ວິທີການໃຫມ່ຂອງພວກເຂົາເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍວັດສະດຸທີ່ອຸດົມດ້ວຍຄາບອນທີ່ໄດ້ຖືກຕາກໃຫ້ແຫ້ງເຂົ້າໄປໃນເມຕຣິກທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຕ່ໍາທີ່ເອີ້ນວ່າ aerogel. airgel ນີ້ດ້ວຍຕົວຂອງມັນເອງສາມາດເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ electrode crude, ແຕ່ທີມງານຂອງ Pauzauskie ຫຼາຍກ່ວາສອງເທົ່າ capacitance ຂອງຕົນ, ຊຶ່ງເປັນຄວາມສາມາດໃນການເກັບຮັກສາພະລັງງານໄຟຟ້າ.

ອຸປະກອນການເລີ່ມຕົ້ນທີ່ມີລາຄາຖືກເຫຼົ່ານີ້, ບວກໃສ່ກັບຂະບວນການສັງເຄາະທີ່ມີການປັບປຸງ, ຫຼຸດຜ່ອນສອງອຸປະສັກທົ່ວໄປໃນການໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາ: ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະຄວາມໄວ.

"ໃນການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາ, ເວລາແມ່ນເງິນ," Pauzauskie ເວົ້າ. "ພວກເຮົາສາມາດເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນເລີ່ມຕົ້ນສໍາລັບ electrodes ເຫຼົ່ານີ້ໃນຊົ່ວໂມງ, ແທນທີ່ຈະເປັນອາທິດ. ແລະນັ້ນສາມາດເຮັດໃຫ້ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການສັງເຄາະຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍສໍາລັບການເຮັດໃຫ້ electrodes supercapacitor ປະສິດທິພາບສູງ."

electrodes supercapacitor ທີ່ມີປະສິດຕິຜົນແມ່ນສັງເຄາະຈາກວັດສະດຸທີ່ອຸດົມດ້ວຍຄາບອນທີ່ຍັງມີພື້ນທີ່ສູງ. ຄວາມຕ້ອງການສຸດທ້າຍແມ່ນສໍາຄັນເນື່ອງຈາກວ່າວິທີການທີ່ເປັນເອກະລັກ supercapacitors ເກັບຄ່າໄຟຟ້າ. ໃນຂະນະທີ່ແບດເຕີລີ່ທໍາມະດາເກັບຮັກສາຄ່າໄຟຟ້າໂດຍຜ່ານປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີທີ່ເກີດຂື້ນພາຍໃນມັນ, supercapacitor ແທນທີ່ຈະເກັບຮັກສາແລະແຍກຄ່າທາງບວກແລະລົບໂດຍກົງຢູ່ເທິງຫນ້າຂອງມັນ.

"Supercapacitors ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໄວກວ່າຫມໍ້ໄຟເພາະວ່າມັນບໍ່ໄດ້ຖືກຈໍາກັດໂດຍຄວາມໄວຂອງປະຕິກິລິຍາຫຼືຜະລິດຕະພັນທີ່ສາມາດສ້າງໄດ້," Matthew Lim, ນັກສຶກສາປະລິນຍາເອກ UW ໃນພະແນກວິທະຍາສາດວັດສະດຸແລະວິສະວະກໍາກ່າວວ່າ. "Supercapacitors ສາມາດສາກໄຟແລະປ່ອຍອອກໄດ້ໄວຫຼາຍ, ນັ້ນແມ່ນເຫດຜົນທີ່ພວກມັນດີເລີດໃນການສົ່ງພະລັງງານເຫຼົ່ານີ້."

ທ່ານ Matthew Crane, ນັກສຶກສາປະລິນຍາເອກຂອງ UW Department of Chemical Engineering ກ່າວວ່າ "ພວກເຂົາມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ດີໃນການຕັ້ງຄ່າທີ່ຫມໍ້ໄຟຂອງມັນເອງຊ້າເກີນໄປ." "ໃນຊ່ວງເວລາທີ່ຫມໍ້ໄຟຊ້າເກີນໄປທີ່ຈະຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານ, supercapacitor ທີ່ມີ electrode ພື້ນທີ່ສູງສາມາດ "ເຕະ" ຢ່າງໄວວາແລະເຮັດໃຫ້ເກີດການຂາດດຸນພະລັງງານ."

ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ພື້ນທີ່ສູງສໍາລັບ electrode ທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ທີມງານໄດ້ໃຊ້ aerogels. ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສານທີ່ຊຸ່ມ, ຄ້າຍຄືເຈນທີ່ໄດ້ຜ່ານການປິ່ນປົວພິເສດຂອງການແຫ້ງແລະການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເພື່ອທົດແທນອົງປະກອບຂອງແຫຼວຂອງເຂົາເຈົ້າດ້ວຍອາກາດຫຼືອາຍແກັສອື່ນ. ວິທີການເຫຼົ່ານີ້ຮັກສາໂຄງສ້າງ 3-D ຂອງ gel, ໃຫ້ມັນມີພື້ນທີ່ສູງແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຕ່ໍາທີ່ສຸດ. ມັນຄ້າຍຄືກັບການເອົານ້ໍາທັງຫມົດອອກຈາກ Jell-O ໂດຍບໍ່ມີການຫົດຕົວ.

ທ່ານ Pauzauskie ກ່າວວ່າ“ ອາກາດ ໜຶ່ງ ກຣາມບັນຈຸພື້ນທີ່ຫຼາຍເທົ່າກັບສະ ໜາມ ກິລາບານເຕະ.

Crane ໄດ້ຜະລິດ aerogels ຈາກໂພລີເມີທີ່ຄ້າຍຄື gel, ເປັນວັດສະດຸທີ່ມີຫົວຫນ່ວຍໂຄງສ້າງທີ່ຊ້ໍາກັນ, ສ້າງຈາກ formaldehyde ແລະໂມເລກຸນທີ່ອີງໃສ່ກາກບອນອື່ນໆ. ອັນນີ້ຮັບປະກັນວ່າອຸປະກອນຂອງເຂົາເຈົ້າ, ຄືກັບ electrodes supercapacitor ໃນມື້ນີ້, ຈະປະກອບດ້ວຍວັດສະດຸທີ່ອຸດົມດ້ວຍຄາບອນ.

ກ່ອນຫນ້ານີ້, Lim ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການເພີ່ມ graphene - ເຊິ່ງເປັນແຜ່ນຂອງຄາບອນທີ່ມີຄວາມຫນາພຽງແຕ່ຫນຶ່ງປະລໍາມະນູ - ກັບ gel imbued airgel ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ມີຄຸນສົມບັດ supercapacitor. ແຕ່, Lim ແລະ Crane ຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ປັບປຸງການປະຕິບັດຂອງ aerogel, ແລະເຮັດໃຫ້ຂະບວນການສັງເຄາະລາຄາຖືກກວ່າແລະງ່າຍຂຶ້ນ.

ໃນການທົດລອງທີ່ຜ່ານມາຂອງ Lim, ການເພີ່ມ graphene ບໍ່ໄດ້ປັບປຸງຄວາມອາດສາມາດຂອງ aerogel ໄດ້. ດັ່ງນັ້ນ, ພວກເຂົາເຈົ້າແທນທີ່ຈະໂຫລດ aerogels ດ້ວຍແຜ່ນບາງໆຂອງ molybdenum disulfide ຫຼື tungsten disulfide. ສານເຄມີທັງສອງໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນມື້ນີ້ໃນນ້ໍາມັນຫລໍ່ລື່ນອຸດສາຫະກໍາ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ປະຕິບັດທັງສອງວັດສະດຸດ້ວຍຄື້ນສຽງທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູງເພື່ອແຍກພວກມັນອອກເປັນແຜ່ນບາງໆ ແລະລວມເອົາພວກມັນເຂົ້າໃນເມທຣິກເຈວທີ່ອຸດົມດ້ວຍຄາບອນ. ພວກເຂົາສາມາດສັງເຄາະເຈວປຽກທີ່ບັນຈຸເຕັມທີ່ໃນເວລາຫນ້ອຍກວ່າສອງຊົ່ວໂມງ, ໃນຂະນະທີ່ວິທີການອື່ນໆຈະໃຊ້ເວລາຫຼາຍມື້.

ຫຼັງຈາກໄດ້ເອົາ aerogel ທີ່ແຫ້ງ, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຕ່ໍາ, ພວກມັນປະສົມປະສານກັບກາວແລະວັດສະດຸທີ່ອຸດົມສົມບູນຂອງຄາບອນເພື່ອສ້າງເປັນ "dough" ອຸດສາຫະກໍາ, ເຊິ່ງ Lim ສາມາດມ້ວນອອກເປັນແຜ່ນຫນາພຽງແຕ່ສອງສາມພັນນິ້ວ. ພວກເຂົາເຈົ້າຕັດແຜ່ນເຄິ່ງນິ້ວຈາກ dough ແລະປະກອບໃຫ້ເຂົາເຈົ້າເຂົ້າໄປໃນຊ່ອງຫມໍ້ໄຟໂທລະສັບມືຖືຫຼຽນງ່າຍດາຍເພື່ອທົດສອບປະສິດທິພາບຂອງວັດສະດຸເປັນ supercapacitor electrode.

ບໍ່ພຽງແຕ່ electrodes ຂອງເຂົາເຈົ້າໄວ, ງ່າຍດາຍແລະງ່າຍທີ່ຈະສັງເຄາະ, ແຕ່ພວກເຂົາເຈົ້າຍັງກິລາ capacitance ຢ່າງຫນ້ອຍ 127 ເປີເຊັນຫຼາຍກ່ວາ airgel ກາກບອນທີ່ອຸດົມສົມບູນຢ່າງດຽວ.

Lim ແລະ Crane ຄາດຫວັງວ່າ aerogels ທີ່ບັນຈຸມີແຜ່ນບາງໆຂອງ molybdenum disulfide ຫຼື tungsten disulfide - ພວກມັນມີຄວາມຫນາປະມານ 10 ຫາ 100 ປະລໍາມະນູ - ຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າ. ແຕ່ທໍາອິດ, ພວກເຂົາເຈົ້າຕ້ອງການທີ່ຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ aerogels ໂຫຼດໄດ້ໄວແລະລາຄາຖືກກວ່າເພື່ອສັງເຄາະ, ເປັນບາດກ້າວທີ່ຈໍາເປັນສໍາລັບການຜະລິດອຸດສາຫະກໍາ. ການ​ປັບ​ປຸງ​ຈະ​ມາ​ໃນ​ຕໍ່​ໄປ​.

ທີມງານເຊື່ອວ່າຄວາມພະຍາຍາມເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຊ່ວຍໃຫ້ວິທະຍາສາດກ້າວຫນ້າເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ນອກຂອບເຂດຂອງ supercapacitor electrodes. molybdenum disulfide ທີ່ຖືກລະງັບ aerogel ຂອງພວກເຂົາອາດຈະມີຄວາມຫມັ້ນຄົງພຽງພໍເພື່ອກະຕຸ້ນການຜະລິດໄຮໂດເຈນ. ແລະວິທີການຂອງພວກເຂົາເພື່ອດັກວັດສະດຸຢ່າງໄວວາໃນ aerogels ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ກັບແບດເຕີຣີທີ່ມີຄວາມຈຸສູງຫຼື catalysis.