Hybridi- ja superkondensaattoreita

Kaavioesitys TiN-pohjaisten superkondensaattoreiden itsepurkautumiskäyttäytymisen eroista, erilaisilla elektrolyyteillä.

Metalli-ioni hybridikondensaattoreita pidetään lupaavina virtalähteinä kannettavalle elektroniikalle, koska anodi-katodi -parin suunnittelussa on lukuisia mahdollisuuksia saavuttaa korkea suorituskyky ja joustavuus.

Tällaisissa kondensaattoreissa yhdistyvät kondensaattoreiden ja akkujen ominaisuudet. Niissä positiivinen elektrodi sisältää pseudokapasitiivisia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että se voi varastoida energiaa myös akun tavoin metalli-ionien interkalaation avulla, kun taas negatiivinen elektrodi on valmistettu redox-aktiivisesta metallista.

City University of Hong Kongin tutkijat ovat tällä kertaa tutkineet elektrolyytissä kulkevien anionien roolia. Tulokset paljastavat sulfaattianionien merkityksen. Sulfaattipohjaiset elektrolyytit antoivat sinkki-ioni hybridikondensaattoreille erinomaisen suorituskyvyn ja erityisen pitkän käyttöajan.

Tutkijat vertasivat kolmen elektrolyyttianionin vaikutuksia: sulfaatti, asetaatti ja kloridi. He tarkastelivat sekä niiden sitoutumista elektrodin pintaan että sähkökemiallisten solujen suorituskykyä.

Tutkijat havaitsivat, että sinkkisulfaattielektrolyyttiin perustuvat kennot toimivat parhaiten ja sulfaatit sitoutuivat titaaninitridin pintaan voimakkaammin kuin muut anionit. Lisäksi sulfaatilla käsitellyillä elektrodeilla oli pienin itsepurkautuminen.

Grafeenielektrodit tehokkaammille joustaville superkondensaattoreille

Äskettäin professori Wang Zhenyangin johtama tutkijaryhmä Kiinan tiedeakatemian Institute of Solid State Physics ja Hefei Institutes of Physical Sciencestä (HFIPS) raportoi uudesta menetelmästä valmistaa korkean suorituskyvyn perinteisempiä superkondensaattoreita erittäin korkealla energian varastointitiheydellä.

Paksujen ja tehokkaita ionien siirtoteitä omaavilla grafeenirakenteilla on suuri merkitys näiden superkondensaattoreiden käytännön sovelluksissa. Paksummissa elektrodeissa energian varastointikykyä kuitenkin rajoittavat ionien riittämätön kulkeutuminen elektrodimateriaalin pintaan ja heikot elektronin siirto-ominaisuudet.

Tässä työssä erittäin paksuja grafeenirakenteita kasvatettiin suoraan syntetisoidulle polyimidille optimoimalla sen lämpöherkkyyttä laserin tunkeutumissyvyyden parantamiseksi. Näin grafeeniin saatiin aikaan nopeaa ionikuljetusta helpottavia hierarkkisia huokosia johtuen kaasumaisten tuotteiden nopeasta vapautumisesta lasersäteilytyksen aikana.

Tämä uusi rakenne tasapainotti hyvin elektrodin paksuuden ja nopean ioninsiirron välisen ristiriidan. Komposiittielektrodien valmistamiseksi grafeenikehyksiin lisättiin pseudokapasitiivinen polypyrroli jolloin kapasitanssit olivat jopa 2412,2 mF cm-2 puolen milliampeerin virralla per neliösentti.

Aiheesta aiemmin: Ionitekniikkaa kondensaattoreihin