Удовлетворение растущего спроса на увеличенную емкость хранения с помощью улучшенных суперконденсаторов на основе графена
Спрос на интегрированные устройства накопления энергии быстро растет, поскольку люди все больше полагаются на портативную и беспроводную электронику, и растет глобальная потребность в чистых источниках энергии, таких как солнечная и ветровая энергия.
Это создает экспоненциальную потребность в передовых технологиях хранения энергии — надежных и не обслуживаемых аккумуляторных батареях и суперконденсаторах (SC) с возможностью высокой плотности мощности в качестве устройств хранения. Суперконденсаторы являются наиболее подходящими кандидатами для удовлетворения этой потребности благодаря своим экологичным и долговечным характеристикам.
Исследователи из Integrated Nano Systems Lab (INSys Lab), расположенной в Центре технологий экологически чистой энергии, работают над тем, чтобы улучшить производительность суперконденсаторов и удовлетворить эту потребность в увеличенной емкости хранилища.
Д-р Mojtaba Amjadipour и профессор Francesca Iacopi (Школа данных и электротехники) и Dr. Dawei Su (Школа математических и физических наук) описывают свою передовую работу в июльском выпуске журнала «Батареи и суперкапсы» от 2020 года. Особое внимание, уделяемое твердотельным суперконденсаторам на графитовой основе: обеспечение окислительно-восстановительной реакции с помощью электрохимической обработки на месте, обозначенной как очень важный документ с размещением переднего покрытия, показывает, насколько новаторскими являются их исследования в разработке альтернативных способов увеличения емкости хранения.
Доктор Якопи сказала, что междисциплинарный подход в команде был полезен для обнаружения того, что она говорит, что это простой процесс.
«Это исследование возникло из-за нашего любопытства исследовать пределы действия ячеек, что привело нас к непредвиденным положительным результатам. Контроль над этим процессом был бы невозможен без понимания фундаментальных причин наблюдаемого улучшения и использования дополнительных знаний нашей команды ».
Традиционно суперконденсаторы изготавливаются с жидкими электролитами, которые не могут быть миниатюрными и могут быть подвержены утечке, что побуждает к исследованию гелевых и твердотельных электролитов. Адаптация этих электролитов в сочетании с углеродными электродными материалами, такими как графен, оксид графена и углеродные нанотрубки, имеет первостепенное значение для улучшения характеристик накопления энергии.
Графен или графитовый углерод, непосредственно изготовленный на кремниевых поверхностях, предлагает значительный потенциал для суперконденсаторов на кристалле, которые могут быть встроены в интегрированные системы. Результаты исследований указывают на простой путь значительного повышения производительности суперконденсаторов с использованием гелевых электролитов, которые являются ключевыми для изготовления квазитвердых (гелевых) суперконденсаторов.
«Этот подход предлагает новый путь для разработки дополнительных миниатюрных систем хранения энергии на кристалле, которые совместимы с кремниевой электроникой и могут поддерживать потребность в энергии для работы интегрированных интеллектуальных систем», — сказал д-р Якопи.