Lawrence Livermores forskare har identifierat elektriska laddningsinducerade förändringar i strukturen och bindningen av grafitiska kolelektroder som en dag kan påverka hur energi lagras.

Forskningen kan leda till en förbättring av kapaciteten och effektiviteten hos lagringssystem för elektrisk energi, såsom batterier och superkondensatorer, behövs för att möta konsumentens växande krav, industriell och grön teknik.

Framtida teknik kräver att energilagringssystem har mycket större lagringskapacitet, snabb laddning/urladdning och förbättrad uthållighet. Framsteg inom dessa områden kräver en mer fullständig förståelse av energilagringsprocesser från atom till mikronlängd. Eftersom dessa komplexa processer kan förändras avsevärt när systemet laddas och laddas ur, forskare har alltmer fokuserat på hur man ser in i ett operativt energilagringssystem. Även om beräkningsmetoder har utvecklats under de senaste decennierna, utvecklingen av experimentella tillvägagångssätt har varit mycket utmanande, särskilt för att studera de ljuselement som är vanliga i energilagringsmaterial.

Nyligen utfört arbete av ett LLNL-ledt team utvecklade en ny röntgenadsorptionsspektroskopifunktion som är tätt kopplad till ett modelleringsarbete för att ge viktig information om hur strukturen och bindningen av grafitiska kol-superkondensatorelektroder påverkas av polarisering av elektroden-elektrolytgränssnitt under laddning.

Grafitiska superkondensatorer är idealiska modellsystem för att undersöka gränssnittsfenomen eftersom de är relativt kemiskt stabila, omfattande karakteriserat experimentellt och teoretiskt och är intressant tekniskt. Teamet använde sitt nyligen utvecklade 3D-nanografen (3D-NG) bulkelektrodmaterial som ett grafitiskt material.

"Vår nyutvecklade röntgenadsorptionsspektroskopi möjliggjorde att vi kunde upptäcka komplexet, elektriska fältinducerade förändringar i elektronisk struktur som grafenbaserade superkondensatorelektroder genomgår under drift. Analys av dessa förändringar gav information om hur strukturen och bindningen av elektroderna utvecklas under laddning och urladdning, "sa Jonathan Lee, en LLNL -forskare och motsvarande författare till ett papper som ska visas som omslagsartikel i tidningen 4 mars, Avancerade material . "Integrationen av unika modelleringsmöjligheter för att studera det laddade elektrod-elektrolytgränssnittet spelade en avgörande roll i vår tolkning av experimentdata."

Att upptäcka att den elektroniska strukturen hos grafitiska kol-superkondensatorelektroder kan skräddarsys genom laddningsinducerade elektrode-elektrolytinteraktioner öppnar ett nytt fönster mot effektivare elektrokemiska energilagringssystem. Dessutom, de experimentella och modelleringstekniker som utvecklats under forskningen är lätt tillämpliga på andra energilagringsmaterial och -tekniker.