Vår användning av batteridrivna enheter och apparater har ökat stadigt, för med sig behovet av säkert, effektiv, och högpresterande strömkällor. För detta ändamål, en typ av elektrisk energilagringsanordning som kallas superkondensatorn har nyligen börjat anses vara genomförbar, och ibland ännu bättre, alternativ till konventionella allmänt använda energilagringsenheter som Li-ion-batterier. Superkondensatorer kan ladda och ladda ur mycket snabbare än konventionella batterier och fortsätter också att göra det mycket längre. Detta gör dem lämpliga för en rad applikationer, såsom regenerativ bromsning i fordon, bärbara elektroniska enheter, och så vidare. "Om en högpresterande superkondensator använder en icke-brandfarlig, giftfri, och säker vattenhaltig elektrolyt kan skapas, det kan införlivas i bärbara enheter och andra enheter, bidrar till en högkonjunktur i sakernas internet, "Dr Takeshi Kondo, vem är ledande forskare i en ny genombrottstudie inom området, säger.

Än, trots deras potential, superkondensatorer, för närvarande, har vissa nackdelar som förhindrar deras utbredda användning. En stor fråga är att de har låg energitäthet - det vill säga de lagrar otillräcklig energi per ytenhet av sitt utrymme. Forskare försökte först lösa detta problem genom att använda organiska lösningsmedel som elektrolyt - det ledande mediet - inuti superkondensatorer för att höja den genererade spänningen (observera att kvadraten av spänningen är direkt proportionell mot energitäthet i energilagringsenheter). Men organiska lösningsmedel är dyra och har låg ledningsförmåga. Så, kanske, en vattenhaltig elektrolyt skulle vara bättre, tänkte forskarna. Således, utvecklingen av superkondensatorkomponenter som skulle vara effektiva med vattenhaltiga elektrolyter blev ett centralt forskningsämne inom området.

I den tidigare nämnda studien, publicerad i Vetenskapliga rapporter , Dr Kondo och grupp från Tokyo University of Science and Daicel Corporation i Japan undersökte möjligheten att använda ett nytt material, den bor-dopade nanodiamanten, som elektrod i superkondensatorerna — elektroder är de ledande materialen i ett batteri eller en kondensator som förbinder elektrolyten med yttre ledningar, för att transportera ström ur systemet. Denna forskargrupps val av elektrodmaterial baserades på kunskapen om att bordopade diamanter har ett stort potentialfönster, en funktion som gör det möjligt för en högenergilagringsenhet att förbli stabil över tiden. "Vi trodde att vattenbaserade superkondensatorer som producerar en stor spänning skulle kunna realiseras om ledande diamant används som elektrodmaterial, "Dr Kondo säger.

Forskarna använde en teknik som kallas mikrovågsplasmaassisterad kemisk ångavsättning, MPCVD, för att tillverka dessa elektroder och undersökte deras prestanda genom att testa deras egenskaper. De fann att i ett grundläggande tvåelektrodsystem med en vattenhaltig svavelsyraelektrolyt, dessa elektroder producerade en mycket högre spänning än konventionella celler, vilket resulterar i mycket högre energi och effekttätheter för superkondensatorn. Ytterligare, de såg att även efter 10, 000 laddnings- och urladdningscykler, elektroden förblev mycket stabil. Den bor-dopade nanodiamonden hade bevisat sitt värde.

Beväpnad med denna framgång, forskarna vågade sedan undersöka om detta elektrodmaterial skulle visa samma resultat om elektrolyten ändrades till mättad natriumperkloratlösning, som är känt för att möjliggöra produktion av en högre spänning än vad som är möjligt med konventionell svavelsyraelektrolyt. Verkligen, den redan genererade högspänningen expanderade avsevärt i denna inställning. Således, som Dr. Kondo har sagt, "de bor-dopade nanodiamondelektroderna är användbara för vattenhaltiga superkondensatorer, som fungerar som högenergilagringsenheter som är lämpliga för höghastighetsladdning och urladdning. "

Det ser ut som att diamanter kan driva våra elektroniska och fysiska liv inom en snar framtid.