Forskare vid University of California, Riverside har utvecklat en ny rutheniumoxidförankrad nanokolgrafenskumarkitektur i nanometerskala som förbättrar prestandan hos superkondensatorer, en utveckling som kan innebära snabbare acceleration i elfordon och längre batteritid i bärbar elektronik.

Forskarna fann att superkondensatorer, en energilagringsenhet som batterier och bränsleceller, baserad på övergångsmetalloxidmodifierad nanokolgrafenskumelektrod skulle kunna fungera säkert i vattenhaltig elektrolyt och leverera två gånger mer energi och kraft jämfört med superkondensatorer som är kommersiellt tillgängliga idag.

Skumelektroden cyklades framgångsrikt över 8, 000 gånger utan blekning i prestanda. Resultaten beskrivs i en nyligen publicerad tidning, "Hydrous Ruthenium Oxide Nanopartiklar förankrade till grafen och kolnanorörshybridskum för superkondensatorer, " i tidskriften Nature Vetenskapliga rapporter .

Uppsatsen skrevs av doktoranden Wei Wang; Cengiz S. Ozkan, en maskinteknikprofessor vid UC Riversides Bourns College of Engineering; Mihrimah Ozkan, en elektroteknikprofessor; Francisco Zaera, en kemiprofessor; Ilkeun Lee, en forskare i Zaeras labb; och andra doktorander Shirui Guo, Kazi Ahmed och Zachary Favors.

Superkondensatorer (även kända som ultrakondensatorer) har fått stor uppmärksamhet de senaste åren på grund av deras ultrahöga laddnings- och urladdningshastighet, utmärkt stabilitet, lång livslängd och mycket hög effekttäthet.

Dessa egenskaper är önskvärda för många tillämpningar inklusive elfordon och bärbar elektronik. Dock, superkondensatorer kan endast fungera som fristående strömkällor i system som kräver strömförsörjning under mindre än 10 sekunder på grund av deras relativt låga specifika energi.

Ett team under ledning av Cengiz S. Ozkan och Mihri Ozkan vid UC Riverside arbetar med att utveckla och kommersialisera nanostrukturerade material för superkondensatorer med hög energitäthet.

Hög kapacitans, eller förmågan att lagra en elektrisk laddning, är avgörande för att uppnå högre energitäthet. Under tiden, för att uppnå en högre effekttäthet är det viktigt att ha en stor elektrokemiskt tillgänglig yta, hög elektrisk ledningsförmåga, korta jondiiffusionsvägar och utmärkt gränssnittsintegritet. Nanostrukturerade aktiva material ger ett medel för dessa ändamål.

"Förutom hög energi och effekttäthet, det designade grafenskumelektrodsystemet visar också en enkel och skalbar bindemedelsfri teknik för att förbereda högenergisuperkondensatorelektroder, "Dessa lovande egenskaper betyder att denna design kan vara idealisk för framtida energilagringstillämpningar."