• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Nano -buntar packar en kraftfull stans

    Buntar med kolnanorör belagda med aluminiumoxid och aluminiumdopad zinkoxid är hjärtat i en superkondensator i fast tillstånd som utvecklats av forskare från Rice University för energilagring. (Kredit:Hauge Lab/Rice University)

    Forskare från Rice University har skapat ett solid state, nanorörsbaserad superkondensator som lovar att kombinera de bästa egenskaperna hos högenergibatterier och snabbladdningskondensatorer i en enhet som lämpar sig för extrema miljöer.

    Ett papper från Rice lab av kemisten Robert Hauge, att publiceras i tidningen Kol , rapporterade skapandet av robusta, mångsidig energilagring som kan integreras djupt i tillverkning av enheter. Potentiell användning spänner över nanokretsar på hela chipet till hela kraftverk.

    Standardkondensatorer som reglerar flöde eller ger snabba utbrott av energi kan laddas ur och laddas hundratusentals gånger. Elektriska dubbelskiktskondensatorer (EDLC), allmänt känd som superkondensatorer, är hybrider som rymmer hundratals gånger mer energi än en standardkondensator, som ett batteri, samtidigt som de behåller sin snabba laddning/urladdning.

    Men traditionella EDLC:er är beroende av flytande eller geliknande elektrolyter som kan brytas ner under mycket varma eller kalla förhållanden. I Rices superkondensator, en fast, nanoskala av oxid dielektriskt material ersätter elektrolyter helt.

    Forskarna utnyttjade också skalan. Nyckeln till hög kapacitans är att ge elektroner mer yta att bebo, och ingenting på jorden har större potential att packa mycket yta i ett litet utrymme än kolnanorör.

    När den är vuxen, nanorör självmonteras till täta, inriktade strukturer som liknar mikroskopiska shagmattor. Även efter att de har förvandlats till fristående superkondensatorer, varje bunt med nanorör är 500 gånger längre än det är brett. Ett litet chip kan innehålla hundratusentals buntar.

    För den nya enheten, Rice-teamet växte en rad med 15-20 nanometer buntar med enväggiga kolnanorör upp till 50 mikron långa. Hauge, en framstående lärare i kemi, ledde ansträngningen med tidigare Rice -doktorander Cary Pint, första författare till tidningen och nu forskare vid Intel, och Nolan Nicholas, nu forskare vid Matric.

    Arrayen överfördes sedan till en kopparelektrod med tunna lager av guld och titan för att underlätta vidhäftning och elektrisk stabilitet. Nanorörsbuntarna (de primära elektroderna) dopades med svavelsyra för att förbättra deras ledande egenskaper; sedan täcktes de med tunna skikt av aluminiumoxid (det dielektriska skiktet) och aluminium-dopad zinkoxid (motelektroden) genom en process som kallas atomlageravsättning (ALD). En toppelektrod av silverfärg slutförde kretsen.

    Kolnanorörsbuntar är i centrum för superkondensatorer som utvecklats vid Rice University. Matriser med nanorörsbuntar beläggs via atomlageravsättning för att skapa tusentals mikroskopiska enheter i en enda array. Elektronmikroskopbilderna till höger visar treskiktskonstruktionen av en av superkondensatorerna, som är cirka 100 nanometer breda. (Kredit:Hauge Lab/Rice University)

    "Väsentligen, du får denna metall/isolator/metallstruktur, "sa Pint." Ingen har någonsin gjort det här med ett sådant högformatmaterial och använt en process som ALD. "

    Hauge sa att den nya superkondensatorn är stabil och skalbar. "Alla solid-state-lösningar för energilagring kommer att integreras intimt i många framtida enheter, inklusive flexibla skärmar, bioimplantat, många typer av sensorer och alla elektroniska applikationer som drar nytta av snabb laddning och urladdning, " han sa.

    Pint sa att superkondensatorn håller en laddning under högfrekvent cykling och kan naturligt integreras i material. Han föreställde sig en elbilskropp som är ett batteri, eller en mikrorobot med ombord, giftfri strömförsörjning som kan injiceras för terapeutiska ändamål i en patients blodomlopp.

    Pint sa att den skulle vara idealisk för användning under den typ av extrema förhållanden som upplevs av ökenbaserade solceller eller i satelliter, där vikt också är en kritisk faktor. "Utmaningen för energisystemens framtid är att integrera saker mer effektivt. Denna solid state-arkitektur ligger i framkant, " han sa.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com