Forskere finder en måde at øge energikildenes kapacitet til bærbar elektronik

Forskere fra Skoltech, Moscow State University (MSU) og Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) har foreslået en ny tilgang til udskiftning af carbonatomer med nitrogenatomer i superkapacitorens krystalgitter og udviklet en ny kapacitetsforbedringsmetode baseret på kulstofgittermodifikation ved hjælp af plasma . Deres fund kan hjælpe med at skabe den næste generation af strømkilder til bærbar elektronik. Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Efterhånden som bærbare enheder udvikler sig, efterspørgslen efter nye energikilder vokser. Forskere bliver ved med at lede efter en effektiv måde at forbedre ydeevnen for elektrokemiske energikilder. En kemisk strømkilde, superkondensatoren kendetegnes ved høje ladnings- og afladningshastigheder og en højere energilagringskapacitet pr. masseenhed eller volumen i forhold til et batteri. Det er sædvanligt at bruge porøse materialer, såsom kulstof eller porøse metaller, til superkondensatorer, dog gør metaller kilden meget tungere. Der er flere måder at øge kapaciteten af ​​elektrokemiske energikilder og samtidig holde deres vægt uændret, for eksempel, ved at bruge andre lettere elementer eller indarbejde atomer af et andet element i krystalgitteret (doping.) Den anden metode menes at give bedre udsigter, da det muliggør let inkorporering af atom på syntesestadiet i kulstofstrukturen. Kvælstof er et af de elementer, der overvejes til doping. Kvælstof er involveret i redoxreaktioner, hvilket medfører en yderligere kapacitetsforøgelse. Selvom forskere længe har været klar over dopingmetoden, nitrogens virkning på de elektrokemiske egenskaber er stadig dårligt forstået.

En gruppe forskere ledet af Skoltech Seniorforsker Dr. Stanislav Evlashin demonstrerede en enkel måde at øge superkapacitorernes elektrokemiske ydeevne. Deres tilgang giver et bedre indblik i nitrogenindarbejdningsprocessen. Forskerne udførte eksperimenterne ved hjælp af carbon nanowalls lavet af lodret orienterede grafenplader, hvor de erstattede noget af kulstoffet med nitrogen ved hjælp af carbonstrukturbehandling med plasma. Resultaterne af undersøgelsen er et vigtigt skridt i retning af at skabe nye energikilder.

"I dette studie, vi brugte en plasma-efterbehandlingstilgang for at forbedre elektrodernes kapacitet, "forklarer Dr. Evlashin." Vi brugte kulstofstrukturer med et højt specifikt overfladeareal som materiale til doping i nitrogenplasmaet og erstattede en del af carbonatomer med nitrogenatomer for at forbedre energikildens elektrokemiske kapacitet. Denne fremgangsmåde kan anvendes til at ændre enhver kulstofstruktur. De opnåede prøver blev testet ved hjælp af forskellige metoder. De eksperimentelle resultater viste en seksdobling i elektrokemisk kapacitet og fremragende cykelstabilitet. Vi udførte også DFT -simulering af nitrogenindarbejdningsprocessen, der kaster lidt lys over de komplekse inkorporeringsmekanismer. "