Superkondensatorer kan lagra mer energi än och är att föredra framför batterier eftersom de kan ladda snabbare, främst på grund av de vertikala grafen -nanoskikten (VGN) som är större och placerade närmare varandra. VGN är 3D-nätverk av kolnanomaterial som växer i rader med vertikala ark, ger en stor yta för större laddningskapacitet. Kallas även kolnanoväggar eller grafennanoflakes, VGN erbjuder löften i energilagringssystem med hög effekt, bränsleceller, biosensorer och magnetiska enheter, bland andra.

Att använda VGN som material för superkondensatorelektroder erbjuder fördelar på grund av deras spännande egenskaper som en sammankopplad porös nanoarchitecture, utmärkt konduktivitet, hög elektrokemisk stabilitet, och dess uppsättning nanoelektroder. Fördelarna med VGN kan förbättras beroende på hur materialet odlas, behandlas och förbereds för att arbeta med elektrolyter.

"Superkondensatorns prestanda beror inte bara på elektrodmaterialets geometri, men beror också på typen av elektrolyt och dess interaktion med elektroden, "sa Subrata Ghosh från Indira Gandhi Center for Atomic Research vid Homi Bhabha National Institute." För att förbättra energitätheten hos en enhet, [elektrisk] potentiell fönsterhöjning kommer att vara en nyckelfaktor. "

I en artikel publicerad i veckan i Journal of Applied Physics , Ghosh och ett team av forskare upptäckte sätt att förbättra materialets superkapacitetsegenskaper.

Enligt modellering, VGN bör kunna tillhandahålla lagringsmöjligheter med hög laddning, och det vetenskapliga samfundet försöker låsa upp nycklarna till att nå de effektivitetsnivåer som är teoretiskt tillgängliga. Behov av förbättringar för att vara livskraftig inkluderar, till exempel, större kapacitans per materialenhet, större retention, mindre inre motstånd, och större elektrokemiska spänningsområden (driftspotentialfönster).

"Vår motivation var att förbättra VGN -prestanda, "Sade Ghosh." Vi har tagit två strategier. En uppfinner en ny elektrolyt, och en annan är att förbättra VGN -strukturen genom kemisk aktivering. Kombinationen av båda förbättrar laddningslagringsprestandan anmärkningsvärt. "

Forskargruppen behandlade VGN med kaliumhydroxid (KOH) för att aktivera elektroderna och tillät sedan de behandlade elektroderna att interagera med en hybridelektrolyt, testa bildandet av det elektriska dubbelskiktet vid elektrod/elektrolytgränssnittet. De undersökte också morfologin, ytvätbarhet, kolumbisk effektivitet och arealkapacitans för VGN.

Den nya elektrolyt de skapade är en hybrid som kombinerar fördelarna med vattenhaltiga och organiska elektrolyter för en ny hybrid organisk vattenhaltig version som arbetar för att öka superkondensatorns prestanda för VGN:er. Med hjälp av ett organiskt salt, Tetraetylammoniumtetrafluorborat (TEABF4), i en sur vattenlösning av svavelsyra (H2SO4), de skapade en elektrolyt som förlängde enhetens driftsfönster.

Förbättring av VGN -arkitekturen var associerad med processen för KOH -aktivering, som ympade den syrefunktionella gruppen på elektroden, förbättrad elektrodvätbarhet, minskat internt motstånd och gav en femfaldig förbättring av kapacitansen hos VGN:erna. Aktiveringsmetoden i papperet kan tillämpas på andra superkondensatoranordningar som är baserade på nanoarchitecture, Sa Ghosh.

"Vattenhaltiga och organiska elektrolyter används flitigt, men de har sina egna fördelar och nackdelar, "sa han." Därför uppstår begreppet hybridelektrolyt. "