Ny Supercapacitors dia karazana fitaovana azo antsoina hoe afaka mitahiry sy manome angovo haingana kokoa noho ny bateria mahazatra. Mitaky fangatahana be izy ireo ao anatin'izany ny fiara elektrika, ny fifandraisan-davitra tsy misy tariby ary ny laser mahery vaika.

Fa mba hahatsapana ireo fampiharana ireo, ny supercapacitors dia mila electrodes tsara kokoa, izay mampifandray ny supercapacitor amin'ny fitaovana izay miankina amin'ny heriny. Ireo electrodes ireo dia mila haingana kokoa sy mora kokoa amin'ny fanaovana amin'ny ambaratonga lehibe ary afaka mamatsy sy mamoaka haingana kokoa ny entany elektrika. Ny ekipan'ny injeniera ao amin'ny Oniversiten'i Washington dia mihevitra fa nanao dingana iray amin'ny famokarana akora elektrôda supercapacitor izay mahafeno ireo fitakiana indostrialy sy fampiasana henjana ireo.

Ireo mpikaroka, notarihin'ny profesora mpanampy UW momba ny siansa sy ny injeniera, Peter Pauzauskie, dia namoaka taratasy tamin'ny 17 Jolay tao amin'ny diary Nature Microsystems and Nanoengineering izay mamaritra ny electrode supercapacitor sy ny fomba haingana sy mora nataony. Ny fomba novokarin'izy ireo dia manomboka amin'ny akora misy karbônina izay maina ho lasa matrix ambany hakitroky antsoina hoe aerogel. Ity aerogel ity irery dia afaka miasa ho toy ny electrode crude, fa ny ekipan'i Pauzauskie dia nampitombo avo roa heny ny capacitance azy, izay ny fahaizany mitahiry fiampangana herinaratra.

Ireo fitaovana fanombohana tsy lafo ireo, miaraka amin'ny fizotry ny synthesis mirindra, dia manamaivana ny sakana roa mahazatra amin'ny fampiharana indostrialy: ny vidiny sy ny hafainganam-pandeha.

"Amin'ny fampiharana indostrialy, ny fotoana dia vola," hoy i Pauzauskie. “Afaka manamboatra fitaovana fanombohana ho an'ireo electrodes ireo ao anatin'ny ora maro isika fa tsy herinandro. Ary izany dia mety hampidina be ny vidin'ny synthesis amin'ny fanaovana electrodes supercapacitor avo lenta. "

Ny electrodes supercapacitor mahomby dia novolavolaina avy amin'ny fitaovana manankarena karbaona izay manana velaran-tany avo. Ny fepetra farany dia tena manan-danja noho ny fomba tokana fitahirizan'ny supercapacitors fiampangana herinaratra. Raha ny bateria mahazatra dia mitahiry fiampangana herinaratra amin'ny alàlan'ny fanehoan-kevitra simika mitranga ao anatiny, ny supercapacitor kosa dia mitahiry sy manasaraka mivantana ny fiampangana tsara sy ratsy eo amboniny.

"Ny supercapacitors dia afaka mihetsika haingana kokoa noho ny bateria satria tsy voafetra amin'ny hafainganam-pandehan'ny fanehoan-kevitra na ny vokatra azo miforona izy ireo," hoy i Matthew Lim, mpanoratra mpiara-mitarika, mpianatra dokotera UW ao amin'ny Departemantan'ny Siansa sy Injeniera. "Ny supercapacitors dia afaka mameno sy mamoaka haingana be, ka izany no mahatonga azy ireo ho tsara amin'ny fandefasana ireo 'pulse' ireo."

"Manana fampiharana lehibe izy ireo amin'ny toe-javatra izay miadana loatra ny bateria iray," hoy i Matthew Crane, mpanoratra mpiara-miasa aminy, mpianatra dokotera ao amin'ny UW Department of Chemical Engineering. "Amin'ny fotoana izay miadana loatra ny bateria ka mahafeno ny fitakiana angovo, ny supercapacitor misy elektrôda avo lenta dia afaka 'miakatra' haingana ary manonitra ny tsy fahampian'ny angovo."

Mba hahazoana ny faritra ambony ho an'ny electrode mahomby dia nampiasa aerogels ny ekipa. Ireo dia akora mando, toy ny gel izay nandalo fitsaboana manokana tamin'ny fanamainana sy fanafanana mba hanoloana ny singa misy azy amin'ny rivotra na entona hafa. Ireo fomba ireo dia mitahiry ny rafitra 3-D an'ny gel, manome azy faritra ambony sy ambany dia ambany. Tahaka ny manala ny rano rehetra ao amin'ny Jell-O tsy misy fihenana.

"Ny grama iray amin'ny airgel dia misy velaran-tany mitovy amin'ny kianja filalaovana baolina kitra iray," hoy i Pauzauskie.

Ny crane dia nanamboatra aerogels avy amin'ny polymère sahala amin'ny gel, fitaovana misy singa ara-drafitra miverimberina, noforonina avy amin'ny formaldehyde sy molekiola mifototra amin'ny karbaona hafa. Izany dia nanome antoka fa ny fitaovan'izy ireo, toy ny elektrôda supercapacitor ankehitriny, dia ahitana akora be karbaona.

Nasehon'i Lim teo aloha fa ny fampidirana graphene—izay takelaka misy karbônina iray monja matevina—amin'ilay gel dia nahatonga ny aerogel vokarina amin'ny fananana supercapacitor. Saingy, i Lim sy Crane dia nila nanatsara ny fahombiazan'ny aerogel, ary nanamora ny fizotran'ny synthesis.

Tamin'ny fanandramana nataon'i Lim teo aloha, ny fampidirana graphene dia tsy nanatsara ny fahafahan'ny aerogel. Noho izany dia nampiditra aerogel izy ireo tamin'ny takelaka manify misy molybdène disulfide na tungstène disulfide. Ireo akora simika roa ireo dia ampiasaina betsaka ankehitriny amin'ny menaka indostrialy.

Ireo fitaovana roa ireo dia nokarakarain'ny mpikaroka tamin'ny onjam-peo avo lenta mba hanaparitahana azy ireo ho takelaka manify ary hampidirana azy ireo ao anatin'ny matrix gel misy karbaona. Azon'izy ireo atao ny mamorona gel mando feno entana ao anatin'ny adiny roa latsaka, fa ny fomba hafa kosa haharitra andro maro.

Taorian'ny nahazoany ilay aerogel maina sy ambany hakitroky, dia natambatra tamin'ny adhesive sy akora hafa misy karbônina izy ireo mba hamoronana “koba” indostrialy, izay azon'i Lim nanakodia fotsiny tamin'ny takelaka iray arivo santimetatra monja ny hateviny. Notapatapahin'izy ireo tamin'ny koba ny kapila mirefy antsasa-metatra ary nanangona azy ireo ho fitoeran'ny bateria vola madinika tsotra mba hitsapana ny fahombiazan'ny fitaovana ho toy ny electrode supercapacitor.

Tsy vitan'ny hoe haingana, tsotra ary mora ny elektrôdany, fa izy ireo koa dia nanana capacitance farafahakeliny 127 isan-jato lehibe noho ny aerogel manankarena karbônina irery.

Manantena i Lim sy Crane fa ny aerogels feno molybdène disulfide na tungstène disulfide na dia kely kokoa aza—dia atôma eo amin'ny 10 ka hatramin'ny 100 eo ho eo ny hatevin'izy ireo—dia hampiseho fampisehoana tsara kokoa. Saingy aloha, tian'izy ireo haseho fa ny aerogels feno entana dia ho haingana kokoa sy mora kokoa ny manambatra, dingana ilaina amin'ny famokarana indostrialy. Ho avy manaraka ny fanitsiana tsara.

Ny ekipa dia mino fa ireo ezaka ireo dia afaka manampy amin'ny fandrosoana ny siansa na dia ivelan'ny faritry ny supercapacitor electrodes. Ny molybdène disulfide mihantona amin'ny aerogel dia mety hijanona ho marin-toerana tsara mba hampiakatra ny famokarana hidrôzenina. Ary ny fomba famandrihana fitaovana haingana amin'ny aerogel dia azo ampiharina amin'ny batteries na catalysis avo lenta.