Diamanter i dine enheder:Giver kraft til næste generation af energilagring

Vores brug af batteridrevne enheder og apparater er steget støt, medfører behovet for sikker, effektiv, og højtydende strømkilder. Til denne ende, en type elektrisk energilagringsenhed kaldet superkondensatoren er for nylig begyndt at blive betragtet som en mulig, og nogle gange endda bedre, alternativ til konventionelle udbredte energilagringsenheder såsom Li-ion-batterier. Superkondensatorer kan oplade og aflade meget hurtigere end konventionelle batterier og fortsætter med at gøre det meget længere. Dette gør dem velegnede til en række anvendelser såsom regenerativ bremsning i køretøjer, bærbare elektroniske enheder, og så videre. "Hvis en højtydende superkondensator bruger en ikke-brændbar, ikke giftig, og sikker vandig elektrolyt kan skabes, det kan indbygges i bærbare enheder og andre enheder, bidrager til et boom i tingenes internet, "Dr. Takeshi Kondo, hvem er den ledende videnskabsmand i en nylig gennembrudsundersøgelse på området, siger.

Endnu, på trods af deres potentiale, superkondensatorer, på nuværende tidspunkt, har visse ulemper, der forhindrer deres udbredte anvendelse. Et stort problem er, at de har lav energitæthed - dvs. de lagrer utilstrækkelig energi pr. arealenhed af deres rum. Forskere forsøgte først at løse dette problem ved at bruge organiske opløsningsmidler som elektrolytten - det ledende medium - inde i superkondensatorer for at hæve den genererede spænding (bemærk, at kvadratet af spændingen er direkte proportional med energitætheden i energilagringsenheder). Men organiske opløsningsmidler er dyre og har lav ledningsevne. Så, måske, en vandig elektrolyt ville være bedre, mente forskerne. Dermed, udviklingen af ​​superkondensatorkomponenter, der ville være effektive med vandige elektrolytter, blev et centralt forskningsemne på området.

I den førnævnte nylige undersøgelse, udgivet i Videnskabelige rapporter , Dr. Kondo og gruppe fra Tokyo University of Science og Daicel Corporation i Japan undersøgte muligheden for at bruge et nyt materiale, den bor-doterede nanodiamant, som elektrode i superkondensatorerne - elektroder er de ledende materialer i et batteri eller en kondensator, der forbinder elektrolytten med eksterne ledninger, at transportere strøm ud af systemet. Denne forskergruppes valg af elektrodemateriale var baseret på viden om, at bor-doterede diamanter har et bredt potentialevindue, en funktion, der gør det muligt for en højenergilagerenhed at forblive stabil over tid. "Vi troede, at vandbaserede superkondensatorer, der producerer en høj spænding, kunne realiseres, hvis ledende diamant bruges som elektrodemateriale, " siger Dr. Kondo.

Forskerne brugte en teknik kaldet mikrobølgeplasma-assisteret kemisk dampaflejring, MPCVD, at fremstille disse elektroder og undersøgte deres ydeevne ved at teste deres egenskaber. De fandt ud af, at i et grundlæggende to-elektrodesystem med en vandig svovlsyreelektrolyt, disse elektroder producerede en meget højere spænding end konventionelle celler, hvilket resulterer i meget højere energi- og effekttætheder for superkondensatoren. Yderligere, de så, at selv efter 10, 000 cyklusser af opladning og afladning, elektroden forblev meget stabil. Den bor-dopede nanodiamant havde bevist sit værd.

Bevæbnet med denne succes, forskerne vovede sig derefter at undersøge, om dette elektrodemateriale ville vise de samme resultater, hvis elektrolytten blev ændret til mættet natriumperchloratopløsning, som er kendt for at muliggøre produktion af en højere spænding end hvad der er muligt med konventionel svovlsyreelektrolyt. Ja, den allerede genererede højspænding udvidede sig betydeligt i denne opsætning. Dermed, som Dr. Kondo har sagt, "de bor-doterede nanodiamantelektroder er nyttige til vandige superkondensatorer, som fungerer som højenergi-lagringsenheder, der er egnet til højhastighedsopladning og -afladning."

Det ser ud til, at diamanter kan drive vores elektroniske og fysiske liv i den nærmeste fremtid.