Fra drivhusgas til 3D-overflademikroporøs grafen

Små buler i overfladen af ​​grafen forbedrer i høj grad dets potentiale som superkondensator. Endnu bedre, det kan være lavet af kuldioxid.

En materialeforsker ved Michigan Technological University opfandt en ny tilgang til at tage kuldioxid og omdanne det til 3-D grafen med mikroporer på tværs af overfladen. Processen er fokus for en ny undersøgelse offentliggjort i American Chemical Society's Anvendte materialer og grænseflader .

Omdannelsen af ​​kuldioxid til nyttige materialer kræver normalt et højt energitilførsel på grund af dets ultrahøje stabilitet. Imidlertid, professor i materialevidenskab Yun Hang Hu og hans forskerhold skabte en varmeafgivende reaktion mellem kuldioxid og natrium for at syntetisere 3-D overflademikroporøs grafen.

"3-D overflade-mikroporøs grafen er et helt nyt materiale, "Hu siger, forklarer materialets overflade er pockmarkeret med mikroporer og folder til større mesoporer, som begge øger det tilgængelige overfladeareal til adsorption af elektrolytioner. "Det ville være et glimrende elektrodemateriale til energilagringsenheder."

Holey superkondensatorer

De superkapacitive egenskaber af den unikke struktur af 3-D overflade-mikroporøs grafen gør den velegnet til elevatorer, busser, kraner og enhver applikation, der kræver en hurtig opladnings-/afladningscyklus. Superkondensatorer er en vigtig type energilagringsenhed og er blevet brugt i vid udstrækning til regenerative bremsesystemer i hybridbiler.

I bund og grund, et superkondensatormateriale skal opbevare - og frigive - en ladning. Den begrænsende faktor er, hvor hurtigt ioner kan bevæge sig gennem materialet.

Nuværende kommercialiserede superkondensatorer anvender aktivt kul ved hjælp af skår af mikroporer for at give effektiv ladningsakkumulering. Imidlertid, elektrolyt-ioner har svært ved at diffundere ind i eller gennem dets dybe mikroporer, forlængelse af opladningstiden.

"Den nye 3-D overflade-mikroporøse grafen løser dette, "Hu siger. "De indbyrdes forbundne mesoporer er kanaler, der kan fungere som et elektrolytreservoir, og overflademikroporerne adsorberer elektrolytioner uden at skulle trække ionerne dybt inde i mikroporerne."

Mesoporen er som en havn, og elektrolytionerne er skibe, der kan lægge til i mikroporerne. Ionerne behøver ikke at rejse en stor afstand mellem sejlads og kaj, hvilket i høj grad forbedrer opladnings-/afladningscyklusser, de kan styre igennem. Som resultat, materialet udviste en ultrahøj arealkapacitans på 1,28 F/cm2, som betragtes som en fremragende hastighedsevne samt suveræn cykelstabilitet for superkondensatorer.

Fra Thin Air

For at syntetisere materialet fra kuldioxid, Hus team tilføjede kuldioxid til natrium, efterfulgt af stigende temperatur til 520 grader Celsius. Reaktionen kan frigive varme i stedet for at kræve energitilførsel.

Under processen, kuldioxid danner ikke kun 3-D grafenplader, men graver også mikroporerne. De små buler er kun 0,54 nanometer dybe i overfladelagene af grafen.

Hus arbejde er finansieret af National Science Foundation (NSF) og detaljeret i ACS anvendte materialer og grænseflader artiklen "Et ideelt elektrodemateriale, 3D overflademikroporøs grafen til superkondensatorer med ultrahøj arealkapacitet."