Ett team av forskare från USA och Frankrike rapporterar utvecklingen av en mikrosuperkondensator med anmärkningsvärda egenskaper. Uppsatsen kommer att publiceras i den främsta vetenskapliga tidskriften Naturens nanoteknik online den 15 augusti.
Dessa mikrosuperkondensatorer har potential att driva nomadelektronik, trådlösa sensornätverk, biomedicinska implantat, aktiv radiofrekvensidentifiering (RFID)-taggar och inbyggda mikrosensorer, bland andra enheter.
Superkondensatorer, även kallade elektriska dubbelskiktskondensatorer (EDLC) eller ultrakondensatorer, överbrygga klyftan mellan batterierna, som erbjuder höga energidensiteter men är långsamma, och "konventionella" elektrolytkondensatorer, som är snabba men har låg energitäthet.
De nyutvecklade enheterna som beskrivs i Nature Nanotechnology har krafter per volym som är jämförbara med elektrolytiska kondensatorer, kapacitanser som är fyra storleksordningar högre, och energier per volym som är en storleksordning högre. De visade sig också vara tre storleksordningar snabbare än konventionella superkondensatorer, som används i reservströmförsörjning, vindkraftsgeneratorer och andra maskiner. Dessa nya enheter har kallats "mikro-superkondensatorer" eftersom de bara är några mikrometer (0,000001 meter) tjocka.
Vad gör detta möjligt? "Superkondensatorer lagrar energi i lager av joner vid elektroder med stor yta, ” sa Dr. Yury Gogotsi, Styrelseordförande professor i materialvetenskap och teknik vid Drexel University, och en medförfattare till tidningen. "Ju högre yta per volym av elektrodmaterialet, desto bättre prestanda har superkondensatorn."
Vadym Mochalin, forskningsassistent professor i materialvetenskap och teknik vid Drexel och medförfattare, sa, "Vi använder elektroder gjorda av lökliknande kol, ett material där varje enskild partikel är uppbyggd av koncentriska sfärer av kolatomer, liknar lagren av en lök. Varje partikel är 6-7 nanometer i diameter."
Det är första gången ett material med mycket små sfäriska partiklar har studerats för detta ändamål. Tidigare undersökta material inkluderar aktivt kol, nanorör, och karbidhärlett kol (CDC).
"Ytan på de lökliknande kolen är helt tillgänglig för joner, medan med vissa andra material, storleken eller formen på porerna eller på själva partiklarna skulle sakta ner laddnings- eller urladdningsprocessen, " sa Mochalin. "Vidare, vi använde en process för att montera enheterna som inte krävde ett polymert bindemedelsmaterial för att hålla ihop elektroderna, vilket ytterligare förbättrade elektrodledningsförmågan och laddnings-/urladdningshastigheten. Därför, våra superkondensatorer kan leverera kraft på millisekunder, mycket snabbare än något batteri eller superkondensator som används idag."
