Международното сътрудничество на изследователи от щата Пен и Университета за електронна наука и технологии на Китай доведе до нов материал за електродите на суперкондензаторите .
„Суперкондензаторът е много мощно, енергийно плътно устройство с бърза скорост на зареждане, за разлика от типичната батерия – но можем ли да го направим по-мощен, по-бърз и с наистина висок цикъл на задържане?“ попита Джиа Жу, автор-кореспондент и докторант, провеждащ изследвания в лабораторията на Хуаню „Лари“ Ченг, професор по кариерно развитие на Дороти Куигъл в катедрата по инженерни науки и механика в щата Пен.
Жу работи под ръководството на Ченг, за да изследва връзките в микрокондензатор, който те използват в своите изследвания върху малки, носещи се сензори за наблюдение на жизнените показатели и други. Кобалтовият оксид, изобилен, евтин материал, който има теоретично висок капацитет за бързо прехвърляне на енергийни заряди, обикновено съставлява електродите. Въпреки това, материалите, които се смесват с кобалтов оксид, за да се получи електрод, могат да реагират слабо, което води до много по-нисък енергиен капацитет от теоретично възможното.
Изследователите проведоха симулации на материали от атомна библиотека, за да видят дали допирането с други материали може да усили желаните характеристики на кобалтовия оксид като електрод чрез осигуряване на допълнителни електрони, като същевременно минимизира или премахва изцяло негативните ефекти. Те моделираха различни материални видове и нива, за да видят как ще взаимодействат с кобалтовия оксид.
„Проверихме възможни материали, но установихме, че много от тях, които могат да работят, са твърде скъпи или токсични, затова избрахме калай“, каза Жу. „Калайът е широко достъпен на ниска цена и не е вреден за околната среда.“
При симулациите изследователите установяват, че чрез частично заместване на част от кобалта с калай и свързване на материала с търговски наличен графенов филм, те могат да произведат така наречения евтин, лесен за разработване електрод.
След като симулациите бяха завършени, екипът в Китай проведе експерименти, за да види дали симулацията може да бъде реализирана.
„Експерименталните резултати потвърдиха значително повишена проводимост на структурата на кобалтовия оксид след частично заместване с калай“, каза Жу. „Очаква се разработеното устройство да има обещаващи практически приложения като устройство за съхранение на енергия от следващо поколение.“
След това Жу и Ченг планират да използват своя собствена версия на графенов филм – пореста пяна, създадена чрез частично нарязване и след това разбиване на материала с лазери – за производство на гъвкав кондензатор, за да се осигури лесна и бърза проводимост.
„Суперкондензаторът е един ключов компонент, но ние също се интересуваме от комбинирането с други механизми, които да служат едновременно като енергиен комбайн и сензор“, каза Ченг. „Нашата цел е да вложим много функции в просто устройство със самостоятелно захранване.“