Supercapacitors एक उपयुक्त नामको प्रकारको उपकरण हो जसले परम्परागत ब्याट्रीहरू भन्दा छिटो ऊर्जा भण्डारण गर्न र डेलिभर गर्न सक्छ। तिनीहरू इलेक्ट्रिक कारहरू, ताररहित दूरसंचार र उच्च-शक्तियुक्त लेजरहरू लगायतका अनुप्रयोगहरूको लागि उच्च मागमा छन्।

तर यी अनुप्रयोगहरू महसुस गर्न, सुपर क्यापेसिटरहरूलाई अझ राम्रो इलेक्ट्रोडहरू चाहिन्छ, जसले सुपर क्यापेसिटरलाई तिनीहरूको ऊर्जामा निर्भर यन्त्रहरूमा जडान गर्दछ। यी इलेक्ट्रोडहरू ठूला स्तरमा बनाउनको लागि छिटो र सस्तो दुवै हुनु आवश्यक छ र तिनीहरूको विद्युतीय लोड छिटो चार्ज गर्न र डिस्चार्ज गर्न सक्षम हुनुपर्दछ। वाशिंगटन विश्वविद्यालयका इन्जिनियरहरूको टोलीले सोच्दछ कि तिनीहरू सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू निर्माण गर्ने प्रक्रियाको साथ आएका छन् जसले यी कडा औद्योगिक र उपयोगको मागहरू पूरा गर्नेछ।

सामग्री विज्ञान र ईन्जिनियरिङ्का UW सहायक प्रोफेसर पिटर पाउजास्कीको नेतृत्वमा अनुसन्धानकर्ताहरूले जुलाई 17 मा जर्नल नेचर माइक्रोसिस्टम्स र नानोइन्जिनियरिङमा उनीहरूको सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोड र उनीहरूले बनाएको छिटो, सस्तो तरिकाको वर्णन गर्दै एउटा पेपर प्रकाशित गरे। तिनीहरूको उपन्यास विधि कार्बन युक्त सामग्रीबाट सुरु हुन्छ जुन कम घनत्व म्याट्रिक्समा सुकाइन्छ जसलाई एरोजेल भनिन्छ। यो एयरजेल आफैले कच्चा इलेक्ट्रोडको रूपमा काम गर्न सक्छ, तर Pauzauskie को टोलीले यसको क्षमता दोब्बर भन्दा बढि बढाइयो, जुन यसको इलेक्ट्रिक चार्ज भण्डारण गर्ने क्षमता हो।

यी सस्तो सुरु सामग्री, एक सुव्यवस्थित संश्लेषण प्रक्रिया संग मिलेर, औद्योगिक आवेदन को लागी दुई साझा बाधाहरु लाई कम गर्दछ: लागत र गति।

"औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा, समय पैसा हो," पाउजास्कीले भने। “हामी यी इलेक्ट्रोडका लागि हप्ताको सट्टा घण्टामा सुरु गर्ने सामग्री बनाउन सक्छौं। र यसले उच्च प्रदर्शन सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोडहरू बनाउनको लागि संश्लेषण लागतलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउन सक्छ।"

प्रभावकारी सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोडहरू कार्बन-अमीर सामग्रीबाट संश्लेषित हुन्छन् जसको सतह क्षेत्र पनि उच्च हुन्छ। पछिल्लो आवश्यकता महत्वपूर्ण छ किनभने सुपर क्यापेसिटरहरूले विद्युतीय चार्ज भण्डारण गर्ने अनौठो तरिकाले गर्दा। जबकि एक परम्परागत ब्याट्रीले यसको भित्र हुने रासायनिक प्रतिक्रियाहरू मार्फत विद्युतीय चार्जहरू भण्डार गर्दछ, एक सुपर क्यापेसिटरले यसको सट्टामा सकारात्मक र नकारात्मक चार्जहरू सीधै यसको सतहमा भण्डारण गर्दछ र अलग गर्दछ।

"सुपर क्यापेसिटरहरूले ब्याट्रीहरू भन्दा धेरै छिटो काम गर्न सक्छन् किनभने तिनीहरू प्रतिक्रिया वा उप-उत्पादनहरूको गतिमा सीमित छैनन् जुन बन्न सक्छ," सह-प्रमुख लेखक म्याथ्यू लिमले भने, सामग्री विज्ञान र इन्जिनियरिङ विभागमा UW डक्टल विद्यार्थी। "सुपर क्यापेसिटरहरूले चाँडै चार्ज र डिस्चार्ज गर्न सक्छन्, त्यसैले तिनीहरू शक्तिको यी 'पल्स' डेलिभर गर्नमा उत्कृष्ट छन्।"

"उनीहरूसँग सेटिङहरूमा उत्कृष्ट अनुप्रयोगहरू छन् जहाँ ब्याट्री आफैंमा धेरै ढिलो हुन्छ," सँगी प्रमुख लेखक म्याथ्यू क्रेनले भने, केमिकल इन्जिनियरिङको UW विभागमा डक्टरल विद्यार्थी। "उर्जा मागहरू पूरा गर्न ब्याट्री धेरै ढिलो हुने क्षणहरूमा, उच्च सतह क्षेत्र इलेक्ट्रोडको साथ एक सुपर क्यापेसिटर चाँडै 'किक' हुन सक्छ र ऊर्जा घाटाको लागि बनाउन सक्छ।"

कुशल इलेक्ट्रोडको लागि उच्च सतह क्षेत्र प्राप्त गर्न, टोलीले एरोजेल प्रयोग गर्यो। यी भिजेका, जेल-जस्तै पदार्थहरू हुन् जुन सुकाउने र तताउने विशेष उपचारको माध्यमबाट तिनीहरूको तरल घटक हावा वा अन्य ग्यासले प्रतिस्थापन गर्दछ। यी विधिहरूले जेलको 3-डी संरचनालाई सुरक्षित राख्छ, यसले उच्च सतह क्षेत्र र अत्यन्त कम घनत्व दिन्छ। यो कुनै संकुचन बिना Jell-O बाट सबै पानी बाहिर हटाउन जस्तै हो।

"एक ग्राम एयरजेलमा एक फुटबल मैदान जति सतहको क्षेत्रफल हुन्छ," पाउजास्कीले भने।

क्रेनले जेल-जस्तो पोलिमरबाट एरोजेलहरू बनायो, दोहोरिने संरचनात्मक एकाइहरू भएको सामग्री, फार्मल्डिहाइड र अन्य कार्बन-आधारित अणुहरूबाट सिर्जना गरिएको। यसले सुनिश्चित गर्‍यो कि तिनीहरूको उपकरण, आजको सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोडहरू जस्तै, कार्बन युक्त सामग्रीहरू समावेश हुनेछन्।

पहिले, लिमले प्रदर्शन गरे कि ग्राफिन - जुन कार्बनको पाना मात्र एक एटम मोटो हो - जेलमा थप्दा सुपर क्यापेसिटर गुणहरू भएको नतिजा एयरजेललाई इम्ब्यु गरिएको थियो। तर, लिम र क्रेनले एरोजेलको कार्यसम्पादन सुधार गर्न र संश्लेषण प्रक्रियालाई सस्तो र सजिलो बनाउन आवश्यक छ।

लिमको अघिल्लो प्रयोगहरूमा, ग्राफिन थप्दा एरोजेलको क्यापेसिटन्समा सुधार भएको थिएन। त्यसोभए तिनीहरूले मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड वा टंगस्टन डाइसल्फाइडको पातलो पानाहरूसँग एरोजेलहरू लोड गरे। दुबै रसायनहरू आज औद्योगिक स्नेहकहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

अन्वेषकहरूले दुबै सामग्रीलाई उच्च आवृत्ति ध्वनि तरंगहरूसँग पातलो पानाहरूमा तोड्नको लागि उपचार गरे र तिनीहरूलाई कार्बन युक्त जेल म्याट्रिक्समा समावेश गरे। तिनीहरूले दुई घण्टा भन्दा कममा पूर्ण-लोड गरिएको भिजेको जेललाई संश्लेषण गर्न सक्थे, जबकि अन्य विधिहरूले धेरै दिन लिन्छन्।

सुक्खा, कम-घनत्वको एरोजेल प्राप्त गरेपछि, तिनीहरूले यसलाई चिपकाउने र अर्को कार्बन युक्त सामग्रीसँग मिलाएर औद्योगिक "आटा" सिर्जना गरे, जसलाई लिमले केवल एक इन्चको केही हजारौं भाग मोटो पानाहरूमा रोल आउट गर्न सक्छ। तिनीहरूले आटाबाट आधा इन्च डिस्कहरू काटे र तिनीहरूलाई सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोडको रूपमा सामग्रीको प्रभावकारिता परीक्षण गर्न साधारण सिक्का सेल ब्याट्री क्यासिङहरूमा जम्मा गरे।

तिनीहरूका इलेक्ट्रोडहरू द्रुत, सरल र संश्लेषण गर्न सजिलो मात्र थिएनन्, तर तिनीहरूले कार्बन युक्त एयरजेल भन्दा कम्तिमा 127 प्रतिशत बढी क्षमता पनि खेलेका थिए।

लिम र क्रेनले मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड वा टंगस्टन डाइसल्फाइडको अझ पातलो पानाले भरिएका एरोजेलहरू - तिनीहरूको लगभग 10 देखि 100 एटमहरू बाक्लो थिए - अझ राम्रो प्रदर्शन देखाउने अपेक्षा गर्दछ। तर पहिले, तिनीहरूले देखाउन चाहन्थे कि लोड गरिएको एरोजेलहरू संश्लेषण गर्न छिटो र सस्तो हुनेछ, औद्योगिक उत्पादनको लागि आवश्यक कदम। फाइन ट्युनिङ अर्को आउँछ।

टोलीले विश्वास गर्छ कि यी प्रयासहरूले सुपर क्यापेसिटर इलेक्ट्रोडको दायरा बाहिर पनि विज्ञानलाई अगाडि बढाउन मद्दत गर्न सक्छ। तिनीहरूको एरोजेल-निलम्बित मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड हाइड्रोजन उत्पादन उत्प्रेरित गर्न पर्याप्त रूपमा स्थिर रहन सक्छ। र एरोजेलहरूमा द्रुत रूपमा सामग्रीहरू ट्र्याप गर्ने तिनीहरूको विधि उच्च क्यापेसिटन्स ब्याट्रीहरू वा क्याटालिसिसमा लागू गर्न सकिन्छ।