Ny tilgang forbedrer grafen-baserede superkondensatorer

Efterspørgslen efter integrerede energilagringsenheder vokser hurtigt, efterhånden som folk stoler mere og mere på bærbar og trådløs elektronik, og det globale behov for rene energikilder som sol- og vindenergi vokser.

Dette skaber et eksponentielt behov for avancerede energilagringsteknologier - pålidelige og vedligeholdelsesfrie batterier og superkondensatorer (SC) med høj effekttæthed som lagerenheder. Superkondensatorer er fremtrædende kandidater til at opfylde dette behov på grund af deres miljøvenlige og lange cyklerbarhedskarakteristika.

Forskere fra Integrated Nano Systems Lab (INSys Lab), i Center for Ren Energiteknologi, har arbejdet på en vej til at forbedre ydeevnen af ​​superkondensatorer, og imødekomme denne efterspørgsel efter øget lagerkapacitet.

Dr. Mojtaba Amjadipour og professor Francesca Iacopi (School of Data and Electrical Engineering) og Dr. Dawei Su (School of Mathematical and Physical Sciences) beskriver deres banebrydende arbejde i juli 2020-udgaven af ​​tidsskriftet Batterier og superkapsler . Fremtræden givet til "Graphitic-Based Solid-State Supercapacitors:Enabling Redox Reaction by På situ Electrochemical Treatment" - betegnet som et meget vigtigt papir med frontdækning - angiver, hvor innovativ deres forskning er i at udvikle alternative måder at udvide lagerkapaciteten på.

Dr. Iacopi sagde, at den tværfaglige tilgang i teamet var gavnlig til at opdage, hvad hun siger er en enkel proces.

"Denne forskning er opstået fra vores nysgerrighed efter at udforske cellernes operationsgrænser, fører os til uforudsete gavnlige resultater. Kontrol af denne proces ville ikke have været mulig uden at forstå de grundlæggende årsager til den observerede forbedring, ved at bruge vores teams komplementære ekspertise."

Traditionelt, superkondensatorer er fremstillet med flydende elektrolytter, som ikke kan miniaturiseres og kan være udsat for lækage, tilskyndet til forskning i gel-baserede elektrolytter og faststof-elektrolytter. Skræddersy disse elektrolytter i kombination med kulstofbaserede elektrodematerialer såsom grafen, grafenoxid, og kulstof nanorør er af afgørende betydning for en forbedret energilagringsydelse.

Grafen eller grafitisk carbon fremstillet direkte på siliciumoverflader giver et betydeligt potentiale for on-chip superkondensatorer, der kan indlejres i integrerede systemer. Forskningsindsigten indikerer en enkel vej til markant at forbedre ydeevnen af ​​superkondensatorer ved hjælp af gel-baserede elektrolytter, som er nøglen til fremstillingen af ​​quasi-solid-(gel) superkondensatorer.

"Denne tilgang tilbyder en ny vej til at udvikle yderligere miniaturiserede on-chip energilagringssystemer, som er kompatible med siliciumelektronik og kan understøtte strømbehovet til at drive integrerede smarte systemer, " sagde Dr. Iacopi.