Hybrid elektrolyt øger superkapacitansen i lodrette grafen nanoark

Superkondensatorer kan lagre mere energi end og er at foretrække frem for batterier, fordi de er i stand til at oplade hurtigere, hovedsageligt på grund af de lodrette graphene nanosheets (VGN'er), der er større og placeret tættere sammen. VGN'er er 3-D netværk af kulstof nanomateriale, der vokser i rækker af lodrette ark, giver et stort overfladeareal for større opladningskapacitet. Også kaldet carbon nanowalls eller graphene nanoflakes, VGN'er giver løfte i energilagringssystemer med høj effekt, brændstofceller, biosensorer og magnetiske enheder, blandt andre.

Brug af VGN'er som materiale til superkondensatorelektroder giver fordele på grund af deres spændende egenskaber såsom en sammenkoblet porøs nanoarkitektur, fremragende ledningsevne, høj elektrokemisk stabilitet, og dens række af nanoelektroder. Fordelene ved VGN'er kan forbedres afhængigt af, hvordan materialet dyrkes, behandlet og forberedt til at arbejde med elektrolytter.

"Ydeevnen af ​​en superkondensator afhænger ikke kun af elektrodematerialets geometri, men afhænger også af typen af ​​elektrolyt og dens interaktion med elektroden, " sagde Subrata Ghosh fra Indira Gandhi Center for Atomic Research ved Homi Bhabha National Institute. "For at forbedre energitætheden af ​​en enhed, [elektrisk] potentiel vinduesforbedring vil være en nøglefaktor."

I et papir offentliggjort i denne uge i Journal of Applied Physics , Ghosh og et team af forskere opdagede måder at forbedre materialets superkapacitansegenskaber på.

Ifølge modellering, VGN'er bør være i stand til at levere lagerkapacitet med høj opladning, og det videnskabelige samfund forsøger at låse op for nøglerne til at nå de effektivitetsniveauer, der er teoretisk tilgængelige. Nødvendige forbedringer for at være levedygtige omfatter, for eksempel, større kapacitans pr. materialeenhed, større fastholdelse, mindre indre modstand, og større elektrokemiske spændingsområder (driftspotentiale vinduer).

"Vores motivation var at forbedre VGN-ydelsen, " sagde Ghosh. "Vi har taget to strategier. Den ene opfinder en ny elektrolyt, og en anden er at forbedre VGN-strukturen ved kemisk aktivering. Kombinationen af ​​begge forbedrer opladningslagringsydelsen bemærkelsesværdigt."

Forskerholdet behandlede VGN'er med kaliumhydroxid (KOH) for at aktivere elektroderne og tillod derefter de behandlede elektroder at interagere med en hybridelektrolyt, test af dannelsen af ​​det elektriske dobbeltlag ved elektrode/elektrolyt-grænsefladen. De undersøgte også morfologien, overflade fugtighed, columbisk effektivitet og arealkapacitans af VGN.

Den nye elektrolyt, de skabte, er en hybrid, der kombinerer fordelene ved vandige og organiske elektrolytter til en ny hybrid, organisk-vandig version, der arbejder for at øge superkapacitorens ydeevne af VGN'er. Ved at bruge et organisk salt, Tetraethylammoniumtetrafluorborat (TEABF4), i en sur vandig opløsning af svovlsyre (H2SO4), de skabte en elektrolyt, der udvidede enhedens betjeningsvindue.

Forbedring af VGN-arkitektur var forbundet med processen med KOH-aktivering, som podede den funktionelle oxygengruppe på elektroden, forbedret elektrodebefugtningsevne, reduceret intern modstand og gav en femdobbelt forbedring i kapacitansen af ​​VGN'erne. Aktiveringstilgangen i papiret kan anvendes på andre superkondensatorenheder, der er baseret på nanoarkitektur, sagde Ghosh.

"Vandige og organiske elektrolytter bruges i vid udstrækning, men de har deres egne fordele og ulemper, " sagde han. "Derfor opstår begrebet hybridelektrolyt."