Forbedret, men alligevel overkommeligt materiale til superkondensatorer:Masseproduktion af 3D mesoporøse grafen nanokugler

Koreanske forskere fra Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) udviklede en ny metode til massivt at syntetisere forbedrede, men alligevel overkommelige materialer til superkondensatorer.

Superkondensatorer har tiltrukket sig stigende opmærksomhed på grund af deres lange livscyklus, meget reversibel ladningslagringsproces og specifik effekttæthed sammen med øget bekymring over udtømning af naturressourcer.

Grafen er blevet anerkendt som et lovende aktivt materiale til superkondensatorer på grund af dets enestående elektriske ledningsevne og store overfladeareal, da de er de to vigtigste krav til superkondensatorer.

Blandt de forskellige metoder til fremstilling af grafenplader, Den kemiske dampaflejringsteknik (CVD) anbefales stærkt på grund af den høje ledningsevne af grafen, som er fremstillet. Men skalerbarheden er stadig nødvendig for kommercialisering. Derudover krævede disse begrænsninger stor interesse for yderligere forbedringer.

Forskerholdet ledet af prof. Ji-Hyun Jang fra UNIST, tidligere rapporteret om en ny tilgang til at syntetisere CVD-dyrkede tredimensionelle grafen-nano-netværk (3-D GN'er), der kan masseproduceres, mens de bevarer 2D-grafens fremragende egenskaber og publiceret i Videnskabelige rapporter i maj 2013.

Her, Prof. Jang udvidede sin tidligere forskning i Videnskabelige rapporter og demonstrerede en unik rute til at opnå en masseproducerbar mesoporøs grafen nanokugle (MGB) med et stort overfladeareal og stor ledningsevne, via precursor-assisteret CVD, anvendelse af metalprækursorer som katalysator, der er anvendelig til superkondensatorer.

Prof. Ji-Hyun Jang er fra den tværfaglige skole for grøn energi ved UNIST, og medforskerne inkluderer Jung-Soo Lee, Sun-I Kim og Jong-Chul Yoon fra Interdisciplinary School of Green Energy på UNIST.

Sammenlignet med de konventionelle grafensyntesemetoder, en ny måde, foreslået af UNIST-forskningsgruppen, er skalerbar og i stand til at producere høj kvalitet og tilpasselig grafen med bedre miljøpåvirkninger.

Med de resulterende materialer, mesoporøse grafenkugler, kapaciteten af ​​superkondensator er blevet væsentligt forbedret. På grund af den unikke mesoporøse struktur, tredimensionelle netværk dannes, som er med til at forbedre ledningsevnen. Desuden, mesoporer inde i grafenoverfladerne inducerer nanokanaler til at transportere ioner i elektrolyt, og forbedre egenskaberne af superkondensator.

MGB præsenterer et specifikt overfladeareal på 508 m2/g og mesoporositet med en gennemsnitlig porediameter på 4,27 nm. Ledningsevnen af ​​det p-doterede MGB opnået fra mere end 10 prøver var 6,5 S/cm. Den MGB-baserede superkondensator viser god ydeevne, inklusive en fremragende kapacitans på 206 F/g og 96% retention af kapacitans efter 10, 000 cyklusser selv ved høj strømtæthed.

"Vores arbejde er meget meningsfuldt, da vi lykkes med at fremstille CVD-dyrket grafen med høje kvaliteter på en gramskala, " sagde prof. Jang. "Når de mesoporøse grafenkugler bruges som et elektrodemateriale til superkondensator, det viser et stort potentiale for energilagringsenheder med høj effektivitet."

Hun sagde også "Hvis egenskaberne af mesoporøs grafen forbedres yderligere ved kontinuerlig forskning, at udvikle et elektrisk køretøj med høj effekt vil blive en erkendelse, ikke bare en drøm, " viser deres fremtidige forskningsplan.