Оловянный электрод усиливает суперконденсаторы

Устройства хранения энергии суперконденсаторов большой емкости с быстрой зарядкой были ограничены составом их электродов — соединений, отвечающих за управление потоком электронов во время зарядки и выдачи энергии. В настоящее время исследователи разработали лучший материал для улучшения связи, сохраняя при этом возможность вторичной переработки и низкую стоимость.

Команда исследовала соединения в микро-суперконденсаторе, который они используют в своих небольших носимых датчиках для мониторинга показателей жизнедеятельности и многого другого. Оксид кобальта — распространенный недорогой материал, обладающий теоретически высокой способностью быстро передавать энергетические заряды — обычно используется для изготовления электродов. Однако материалы, которые смешиваются с оксидом кобальта для изготовления электрода, могут плохо реагировать, что приводит к гораздо более низкой энергоемкости, чем это теоретически возможно.

Исследователи провели моделирование материалов из атомной библиотеки, чтобы увидеть, может ли добавление другого материала, также называемого легированием, усилить желаемые характеристики оксида кобальта в качестве электрода, обеспечивая дополнительные электроны при минимизации или полном устранении негативных эффектов. Они смоделировали различные виды и уровни материалов, чтобы увидеть, как они будут взаимодействовать с оксидом кобальта. Многие из возможных материалов были слишком дорогими или токсичными, поэтому команда выбрала олово, которое широко доступно по низкой цене и не наносит вреда окружающей среде.

В ходе моделирования исследователи обнаружили, что, частично заменив олово частью кобальта и связав материал с коммерчески доступной графеновой пленкой — материалом толщиной в один атом, который поддерживает электронные материалы без изменения их свойств, — они могут изготовить недорогой , легко разрабатываемый электрод. После того, как моделирование было завершено, команда провела эксперименты, чтобы проверить, можно ли реализовать моделирование.

Экспериментальные результаты подтвердили значительное увеличение проводимости структуры оксида кобальта после частичного замещения оловом. Ожидается, что разработанное устройство будет иметь перспективное практическое применение в качестве накопителя энергии следующего поколения.

Затем команда планирует использовать свою собственную версию графеновой пленки — пористую пену, созданную путем частичного разрезания, а затем разрушения материала лазерами — для изготовления гибкого конденсатора, обеспечивающего легкую и быструю проводимость. Суперконденсатор является одним из ключевых компонентов. Команда также заинтересована в объединении с другими механизмами, чтобы служить сборщиком энергии и датчиком.