Mangandioxid nanorod-teknologi kan føre til en bedre kondensator

(Phys.org) — En ny proces til dyrkning af skove af mangandioxid nanorods kan føre til den næste generation af højtydende kondensatorer.

Som energilagringsmateriale til batterier og kondensatorer, mangandioxid har meget at gøre for det:det er billigt, miljøvenlig og rigelig. Imidlertid, kemiske kondensatorer lavet med mangandioxid har manglet kraften fra den typiske kulstofbaserede fysiske kondensator. Michigan Technological University videnskabsmand Dennis Desheng Meng teoretiserede, at situationen kunne forbedres, hvis mangandioxid blev lavet om til nanorods, som er som nanorør, kun fast i stedet for hul. Imidlertid, en anstødssten har lavet mangandioxid nanorods med det rigtige sæt attributter. Indtil nu, forskere har været i stand til at dyrke nanorods, der enten har den bedste krystallinske struktur eller var justeret, men ikke begge dele.

Nu, Mengs forskergruppe har udviklet en teknik til at dyrke mangandioxid nanorods, der ikke kun er lige og høje (i det mindste efter nanostandarder), men har også den optimale krystalstruktur, kendt som α-MnO ₂ .

Dette minimerer den indre modstand, tillader kondensatoren at oplade og aflade gentagne gange uden at blive slidt. Det er en opskrift på en bedre kondensator:den kan lagre mere energi, udvinde den energi hurtigere, og arbejde længere mellem opladningerne. Plus, det kan bruges igen og igen. Selv efter Mengs gruppe genopladede deres kondensator mere end 2, 000 gange, det var stadig i stand til at genvinde over 90 procent af sin oprindelige ladning.

Mengs enhed tilhører familien af ​​kemikalier, eller reduktion-oxidation, kondensatorer. De er hybrider mellem fysiske superkondensatorer, som frigiver et udbrud af energi og udlader hurtigt, og batterier, som generelt lagrer mere energi og frigiver den gradvist over en længere periode. Typisk, kemiske kondensatorer har mere energi og mindre effekt end de fysiske.

De kemiske kondensatorer lavet med Mengs mangandioxid nanorods tilbyder det bedste fra begge verdener:de rummer mere energi, som et batteri, plus de yder endnu mere strøm end en sammenlignelig kulstofbaseret fysisk kondensator.

Hans team var i stand til at dyrke en nanoskov af mangandioxid nanorods ved hjælp af elektroforetisk aflejring, en teknik, hvor små partikler aflejres på et substrat under påvirkning af et elektrisk felt. Processen er ikke særlig vanskelig. "Vi gjorde det i et laboratorium, men dette er skalerbar fremstilling, " siger han. "Vi kan løbende printe det ud på en rulle-til-rulle måde, og du kan gøre underlaget meget stort, hvis du vil."

Kondensatorer lavet med mangandioxid nanorods kunne hjælpe hybride og elektriske køretøjer med at accelerere hurtigere eller kunne kobles med solceller. "Processen åbner også døren for mange andre applikationer, ikke kun superkondensatorer, " siger Meng.