Explosionen av mobila elektroniska enheter, elektriska fordon, drönare och annan teknik har drivit efterfrågan på nya lätta material som kan ge kraften att använda dem. Forskare från University of Houston och Texas A&M University har rapporterat om en strukturell superkondensatorelektrod gjord av reducerad grafenoxid och nanofiber i aramid som är starkare och mer mångsidig än konventionella kolbaserade elektroder.

UH-forskargruppen visade också att modellering baserad på materialets nanoarkitektur kan ge en mer exakt förståelse av jondiiffusion och relaterade egenskaper i kompositelektroderna än den traditionella modelleringsmetoden, som är känd som den porösa mediamodellen.

"Vi föreslår att dessa modeller baserade på materialets nanoarkitektur är mer omfattande, detaljerad, informativ och korrekt jämfört med den porösa mediemodellen, " sa Haleh Ardebili, Bill D. Cook docent i maskinteknik vid UH och motsvarande författare för en artikel som beskriver arbetet, publiceras i ACS Nano .

Mer exakta modelleringsmetoder kommer att hjälpa forskare att hitta nya och mer effektiva nanoarkitekturerade material som kan ge längre batteritid och högre energi till en lägre vikt, Hon sa.

Forskarna kände till materialet som testades - reducerad grafenoxid och nanofiber av aramid, eller rGO/ANF – var en bra kandidat på grund av dess starka elektrokemiska och mekaniska egenskaper. Superkondensatorelektroder är vanligtvis gjorda av porösa kolbaserade material, som ger effektiv elektrodprestanda, sa Ardebili.

Medan den reducerade grafenoxiden huvudsakligen är gjord av kol, nanofibern i aramid erbjuder en mekanisk styrka som ökar elektrodens mångsidighet för en mängd olika applikationer, inklusive för militären. Arbetet finansierades av U.S. Air Force Office of Scientific Research.

Förutom Ardebili, medförfattare inkluderar första författaren Sarah Aderyani och Ali Masoudi, båda av UH; och Smit A. Shah, Micah J. Green och Jodie L. Lutkenhaus, allt från A&M.

Den aktuella artikeln speglar forskarnas intresse av att förbättra modellering för nya energimaterial. "Vi ville förmedla att de konventionella modellerna där ute, som är porösa mediabaserade modeller, kanske inte är tillräckligt noggrann för att designa dessa nya nanoarkitekturerade material och undersöka dessa material för elektroder eller andra energilagringsenheter, sa Ardebili.

Det beror på att den porösa mediamodellen i allmänhet antar enhetliga porstorlekar i materialet, snarare än att mäta materialets varierande dimensioner och geometriska egenskaper.

"Vad vi föreslår är att ja, den porösa mediamodellen kan vara bekväm, men det är inte nödvändigtvis korrekt, ", sa Ardebili. "För toppmoderna enheter, vi behöver mer exakta modeller för att bättre förstå och designa nya elektrodmaterial."