Supercapacitors jẹ iru ẹrọ ti a pe ni deede ti o le fipamọ ati fi agbara ranṣẹ ni iyara ju awọn batiri aṣa lọ. Wọn wa ni ibeere giga fun awọn ohun elo pẹlu awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina mọnamọna, awọn ibaraẹnisọrọ alailowaya ati awọn laser agbara giga.

Ṣugbọn lati mọ awọn ohun elo wọnyi, awọn supercapacitors nilo awọn amọna to dara julọ, eyiti o so supercapacitor pọ si awọn ẹrọ ti o da lori agbara wọn. Awọn amọna wọnyi nilo lati yara ni iyara ati din owo lati ṣe ni iwọn nla ati tun ni anfani lati gba agbara ati mu fifuye itanna wọn yiyara. Ẹgbẹ kan ti awọn onimọ-ẹrọ ni Ile-ẹkọ giga ti Washington ro pe wọn ti wa pẹlu ilana kan fun iṣelọpọ awọn ohun elo elekiturodu supercapacitor ti yoo pade awọn ibeere ile-iṣẹ lile ati awọn ibeere lilo.

Awọn oniwadi naa, ti oludari olukọ Iranlọwọ UW ti imọ-ẹrọ ati imọ-ẹrọ Peter Pauzauskie, ṣe atẹjade iwe kan ni Oṣu Keje Ọjọ 17 ninu iwe akọọlẹ Iseda Microsystems ati Nanoengineering ti n ṣapejuwe elekiturodu supercapacitor wọn ati iyara, ọna ti ko gbowolori ti wọn ṣe. Ọna aramada wọn bẹrẹ pẹlu awọn ohun elo ọlọrọ carbon ti o ti gbẹ sinu matrix iwuwo kekere ti a pe ni aerogel. Airgel yii funrararẹ le ṣe bi elekiturodu robi, ṣugbọn ẹgbẹ Pauzauskie diẹ sii ju ilọpo agbara agbara rẹ lọ, eyiti o jẹ agbara lati tọju idiyele ina.

Awọn ohun elo ibẹrẹ ilamẹjọ wọnyi, papọ pẹlu ilana iṣelọpọ ṣiṣanwọle, dinku awọn idena meji ti o wọpọ si ohun elo ile-iṣẹ: idiyele ati iyara.

"Ninu awọn ohun elo ile-iṣẹ, akoko jẹ owo," Pauzauskie sọ. “A le ṣe awọn ohun elo ibẹrẹ fun awọn amọna wọnyi ni awọn wakati, kuku ju awọn ọsẹ lọ. Ati pe iyẹn le fa iye owo idapọ silẹ ni pataki fun ṣiṣe awọn amọna amọna supercapacitor iṣẹ-giga.”

Awọn amọna supercapacitor ti o munadoko jẹ iṣelọpọ lati awọn ohun elo carbon-ọlọrọ ti o tun ni agbegbe dada giga. Ibeere igbehin jẹ pataki nitori ọna alailẹgbẹ supercapacitors tọju idiyele ina. Lakoko ti batiri mora n tọju awọn idiyele ina mọnamọna nipasẹ awọn aati kemikali ti o waye laarin rẹ, supercapacitor kan dipo fipamọ ati ya awọn idiyele rere ati odi taara lori oju rẹ.

"Supercapacitors le sise Elo yiyara ju awọn batiri nitori won ko ba wa ni opin nipa awọn iyara ti awọn lenu tabi byproducts ti o le dagba," wi àjọ-asiwaju onkowe Matthew Lim, a UW doctoral akeko ni Sakaani ti ohun elo Science & Engineering. “Supercapacitors le gba agbara ati idasilẹ ni iyara pupọ, eyiti o jẹ idi ti wọn fi jẹ nla ni jiṣẹ awọn 'iṣan' ti agbara wọnyi.”

"Wọn ni awọn ohun elo ti o dara julọ ni awọn eto nibiti batiri ti ara rẹ ti lọra pupọ," onkọwe ẹlẹgbẹ ẹlẹgbẹ Matthew Crane, ọmọ ile-iwe dokita kan ni UW Department of Chemical Engineering. "Ni awọn akoko ti batiri ti lọra pupọ lati pade awọn ibeere agbara, supercapacitor pẹlu elekiturodu agbegbe aaye giga kan le 'tapa' ni kiakia ki o ṣe atunṣe aipe agbara."

Lati gba awọn ga dada agbegbe fun ohun daradara elekiturodu, awọn egbe lo aerogels. Iwọnyi jẹ tutu, awọn nkan ti o dabi gel ti o ti lọ nipasẹ itọju pataki ti gbigbẹ ati alapapo lati rọpo awọn paati omi wọn pẹlu afẹfẹ tabi gaasi miiran. Awọn ọna wọnyi ṣe itọju ilana 3-D ti gel, fifun ni agbegbe dada giga ati iwuwo kekere pupọ. O dabi yiyọ gbogbo omi kuro ninu Jell-O laisi idinku.

Pauzauskie sọ pe “Gramu kan ti airgel ni bii agbegbe dada pupọ bi aaye bọọlu kan,” Pauzauskie sọ.

Crane ṣe awọn aerogels lati inu polima ti o dabi gel, ohun elo pẹlu awọn ẹya atunto atunwi, ti a ṣẹda lati formaldehyde ati awọn ohun elo ti o da lori erogba. Eyi ṣe idaniloju pe ẹrọ wọn, bii awọn amọna supercapacitor oni, yoo ni awọn ohun elo ọlọrọ carbon.

Ni iṣaaju, Lim ṣe afihan pe fifi graphene-eyiti o jẹ dì ti erogba o kan atomu nipọn-si gel imbued airgel Abajade pẹlu awọn ohun-ini supercapacitor. Ṣugbọn, Lim ati Crane nilo lati mu ilọsiwaju aerogel ṣiṣẹ, ati jẹ ki ilana iṣelọpọ din owo ati rọrun.

Ninu awọn adanwo iṣaaju ti Lim, fifi graphene kun ko ti ni ilọsiwaju agbara aerogel. Nitorinaa wọn dipo kojọpọ awọn aerogels pẹlu awọn iwe tinrin boya molybdenum disulfide tabi tungsten disulfide. Awọn kemikali mejeeji ni a lo jakejado loni ni awọn lubricants ile-iṣẹ.

Awọn oniwadi ṣe itọju awọn ohun elo mejeeji pẹlu awọn igbi ohun igbohunsafẹfẹ giga-giga lati fọ wọn sinu awọn iwe tinrin ati dapọ wọn sinu matrix gel ọlọrọ carbon. Wọn le ṣajọpọ jeli tutu ti o ni kikun ni o kere ju wakati meji, lakoko ti awọn ọna miiran yoo gba ọpọlọpọ awọn ọjọ.

Lẹ́yìn tí wọ́n ti gba aerogel gbígbẹ, tí kò fi bẹ́ẹ̀ pọ̀, wọ́n pa á pọ̀ pẹ̀lú àwọn ohun ọ̀ṣọ́ àti ohun èlò olówó carbon míràn láti dá “ìyẹ̀fun” ilé iṣẹ́ kan, èyí tí Lim lè kàn án jáde sí àwọn bébà ní ìwọ̀nba ìdá ẹgbẹ̀rún díẹ̀ ti inch kan nípọn. Wọn ge awọn disiki idaji inch lati esufulawa ati pe wọn kojọpọ sinu awọn apoti batiri sẹẹli ti o rọrun lati ṣe idanwo imunadoko ohun elo naa bi elekiturodu supercapacitor.

Kii ṣe nikan ni awọn amọna wọn yara, rọrun ati rọrun lati ṣajọpọ, ṣugbọn wọn tun ṣe agbara agbara ni o kere ju 127 ogorun tobi ju airgel ọlọrọ carbon nikan lọ.

Lim ati Crane nireti pe awọn aerogels ti o kojọpọ pẹlu awọn iwe tinrin paapaa ti molybdenum disulfide tabi tungsten disulfide — tiwọn jẹ iwọn 10 si 100 awọn ọta nipọn — yoo ṣafihan iṣẹ ṣiṣe ti o dara julọ paapaa. Ṣugbọn ni akọkọ, wọn fẹ lati ṣafihan pe awọn aerogels ti kojọpọ yoo yarayara ati din owo lati ṣajọpọ, igbesẹ pataki fun iṣelọpọ ile-iṣẹ. Titun-tuntun wa ni atẹle.

Ẹgbẹ naa gbagbọ pe awọn akitiyan wọnyi le ṣe iranlọwọ fun imọ-jinlẹ siwaju paapaa ni ita agbegbe ti awọn amọna supercapacitor. Molybdenum disulfide ti a daduro aerogel wọn le duro ni iduroṣinṣin to lati mu iṣelọpọ hydrogen ṣiṣẹ. Ati pe ọna wọn lati dẹkun awọn ohun elo ni iyara ni awọn aerogels le ṣee lo si awọn batiri agbara giga tabi catalysis.