De icke-inriktade mangandioxid-nanoroderna till vänster gjordes med konventionella metoder. De inriktade nanoroderna till höger odlades i Desheng (Dennis) Mengs laboratorium vid Michigan Technological University med användning av elektroforetisk deponering. Använda inriktade nanoroder, Mengs grupp kunde bygga en överlägsen kemisk kondensator. Upphovsman:Sunand Santhanagopalan
(Phys.org) —En ny process för odling av skogar av mangandioxid-nanoroder kan leda till nästa generation av högpresterande kondensatorer.
Som ett energilagringsmaterial för batterier och kondensatorer, mangandioxid har mycket att göra:det är billigt, miljövänlig och riklig. Dock, kemiska kondensatorer tillverkade med mangandioxid har saknat kraften hos den typiska kolbaserade fysiska kondensatorn. Vetenskapsmannen vid Michigan Technological University Dennis Desheng Meng teoretiserade att situationen kunde förbättras om mangandioxid gjordes till nanoroder, som är som nanorör, bara fast istället för ihålig. Dock, en stötesten har tillverkat mangandioxid -nanoroder med rätt uppsättning attribut. Tills nu, forskare har kunnat odla nanoroder som antingen har den bästa kristallina strukturen eller är anpassade, men inte båda.
Nu, Mengs forskargrupp har utvecklat en teknik för att odla mangandioxid-nanoroder som inte bara är raka och höga (åtminstone enligt nanostandarder), men har också den optimala kristallstrukturen, känd som α-MnO 2 .
Detta minimerar det inre motståndet, så att kondensatorn kan ladda och urladdas upprepade gånger utan att slits ut. Det är ett recept på en bättre kondensator:den kan lagra mer energi, extrahera den energin snabbare, och arbeta längre mellan laddningarna. Plus, den kan användas om och om igen. Även efter att Mengs grupp laddat sin kondensator mer än 2, 000 gånger, den kunde fortfarande återfå över 90 procent av sin ursprungliga laddning.
Mengs enhet tillhör familjen kemikalier, eller reduktion-oxidation, kondensatorer. De är hybrider mellan fysiska superkondensatorer, som släpper ut en utbrott av energi och urladdning snabbt, och batterier, som generellt lagrar mer energi och släpper ut den gradvis under en längre period. Vanligtvis, kemiska kondensatorer har mer energi och mindre effekt än de fysiska.
De kemiska kondensatorerna tillverkade med Mengs mangandioxid -nanoroder erbjuder det bästa av två världar:de rymmer mer energi, som ett batteri, plus att de ger ännu mer effekt än en jämförbar kolbaserad fysisk kondensator.
Hans team kunde odla en nanoforest av mangandioxid -nanoroder med hjälp av elektroforetisk deponering, en teknik där små partiklar avsätts på ett substrat under påverkan av ett elektriskt fält. Processen är inte särskilt svår. "Vi gjorde det i ett labb, men detta är skalbar tillverkning, "säger han." Vi kan kontinuerligt skriva ut det på ett roll-to-roll-sätt, och du kan göra underlaget väldigt stort om du vill. "
Kondensatorer tillverkade med mangandioxid -nanoroder kan hjälpa hybrid- och elbilar att accelerera snabbare eller kan kopplas till solceller. "Processen öppnar också dörren för många andra applikationer, inte bara superkondensatorer, "säger Meng.
