Forskere opfandt metode til at tage materiale ud af teorien og gøre det til en rigtig elektrode

Lidt natrium rækker langt. Det er i hvert fald tilfældet i kulstofbaseret energiteknologi. Specifikt, Indlejring af natrium i kulstofmaterialer kan forbedre elektroderne enormt - hvilket kan strømline produktionen af ​​solceller og superkondensatorer.

Et forskerhold ledet af Yun Hang Hu, Charles og Carroll McArthur professor i materialevidenskab og teknik ved Michigan Tech, skabt en helt ny måde at syntetisere natrium-indlejrede kulstof nanovægge. Tidligere, materialet var kun teoretisk og tidsskriftet Nano bogstaver for nylig offentliggjort denne opfindelse.

Bedre end grafen

Høj elektrisk ledningsevne og stort tilgængeligt overfladeareal, som er nødvendige for ideelle elektrodematerialer i energienheder, står i modsætning til hinanden i aktuelle materialer. Amorft kulstof har lav ledningsevne, men stort overfladeareal. grafit, på den anden side, har høj ledningsevne men lavt overfladeareal. Tredimensionel grafen har det bedste af begge egenskaber - og det natriumindlejrede kulstof, der er opfundet af Hu ved Michigan Tech, er endnu bedre.

"Natrium-indlejret kulstofs ledningsevne er to størrelsesordener større end tredimensionelt grafen, " siger Hu. "Nanovægstrukturen, med alle dets kanaler og porer, har også et stort tilgængeligt overfladeareal, der kan sammenlignes med grafen."

Dette er forskelligt fra metal-doteret carbon, hvor metaller blot er på overfladen af ​​carbon og let oxideres; indlejring af et metal i selve kulstofstrukturen hjælper med at beskytte det. At lave sådan et drømmemateriale, Hu og hans team skulle skabe en ny proces. De brugte en temperaturstyret reaktion mellem natriummetal og carbonmonoxid til at skabe et sort carbonpulver, der fangede natriumatomer. Desuden, i samarbejde med forskere ved University of Michigan og University of Texas i Austin, de viste, at natrium var indlejret i kulstoffet i stedet for at klæbe på overfladen af ​​kulstoffet.

Der kræves kun en minimal mængde indlejret natrium for at resultere i høj ledningsevne for kulstof med stort overfladeareal, hvilket gør det til et lovende elektrodemateriale til energienheder som farvefølsomme solceller og superkondensatorer.

Solceller

Dye-sensibiliserede solceller (DSSC'er) er et alternativ til de almindeligt anvendte siliciumbaserede paneler til elproduktion fra sollys. Platin er det foretrukne modelektrodemateriale til DSSC'er.

"Imidlertid, natrium-indlejret kulstof er både billigere og mere effektivt end platin i disse solceller, " siger Hu.

I den farvefølsomme solcelleverden, hver tiende procent tæller for at gøre enheder mere effektive og kommercielt levedygtige. I undersøgelsen, den platinbaserede solcelle nåede en effektkonverteringseffektivitet på 7,89 procent, som betragtes som standard. Sammenlignet med, solcellen ved hjælp af Hus natrium-indlejrede kulstof nåede effektiviteter på 11,03 procent.

Superkondensator

Superkondensatorer kan acceptere og levere opladninger meget hurtigere end genopladelige batterier og er ideelle til biler, tog, elevatorer og andet tungt udstyr. Effekten af ​​deres elektriske punch måles i farad (F); materialets tæthed, i gram (g), har også betydning.

Aktivt kul bruges almindeligvis til superkondensatorer; det pakker en 71 F g ^-1 slag. Tredimensionel grafen har mere kraft med en 112 F g ^-1 måling. Natrium-indlejret kulstof slår dem begge ud af ringen med en 145 F g ^-1 måling. Plus, efter 5, 000 opladnings-/afladningscyklusser, materialet bevarer en kapacitet på 96,4 procent, hvilket indikerer elektrodestabilitet.

Batterier og mere

Næste trin i forskningen bliver at vurdere materialet i andre energiapparater.

"I vores forskning, vi arbejder både med teori og eksperimenter, " siger Hu. "Dette giver os en unik mulighed for at skabe nye materialer."

Hu siger, at innovation inden for energienheder er meget efterspurgt. Han ser en lys fremtid for natriumindlejret kulstof og de forbedringer, det tilbyder inden for solteknologi, batterier, brændstofceller, og superkondensatorer.