Interkalatoitu pseudokapasitanssi

UNSW:n energiatutkijat ovat suunnitelleet ceriumoksidin nanohiutaleista koostuvan materiaalin, joka on osoittanut lupaavia ominaisuuksia käytettäväksi interkalaatiopseudokondensaattorina.

Interkalaatiopseudokapasitanssi on mekanismi, joka varastoi energiaa suureen osaan elektrodista akkumaisen interkalaatioprosessin kautta.

Työssään tutkijat tekivät rakenteellisia muutoksia siirtymämetallioksidiin valmistamalla kaksiulotteisia nanohiutaleita vikakohtarikkaasta ceriumoksidista nikkelivaahtosubstraatille. Nanohiutaleisiin lisättiin luontaisia vikoja soveltamalla pelkistysolosuhteita N2-atmosfäärin läpi.

Nanohiutaleilla on korkea pinta-tilavuus suhde ja lyhyet poikkileikkausreitit, jotka tehostavat ionivarauksen siirtoprosesseja. Pintasuunnittelu suunnattiin järjestäytyneiden happivakanssikanavien muodostamiseen, jotka tarjosivat atomisen kanavan interkalaatiolle.

Stabiilien happivakanssikanavien läsnäolo, joissa oli huomattavasti suurempi määrä aktiivisia kohtia pinnalla ja pinnanalaisilla alueilla nanohiutaleissa, paransi kapasitanssia.

"Se ei olisi kovin tehokas pseudokondensaattorina, ellei se olisi kaksiulotteinen. Ihannetapauksessa atomipaksuisella nanokerroksella sinulla on käytettävissä kaikki aktiiviset kohdat osallistumaan varaus-/purkausprosessiin, koska irtotavaralla ja pinnalla ei ole eroa”, tohtori Sajjad Mofarah kertoo.

Toinen strategia tutkijoilla oli pommittaa ceriumoksidikerrosta metalli-ioneilla, tässä tapauksessa molybdeenillä, parantamaan järjestelmän johtavuutta. Elektronien muodostuminen ei muuttanut energiakaistaa, mutta helpotti parannettua elektronien siirtoa kaistavälin yli. Molybdeeni-ionien istutus- ja pelkistysprosessit lisäsivät ominaiskapasitanssia 133 prosenttia samalla, kun kapasitanssin säilyvyys kasvoi 89 prosentista 95 prosenttiin.

Ilman arkkitehtonisia ja rakenteellisia muutoksia ceriumoksidi ei sovellu pseudokondensaattoriksi, koska sillä on tiheästi pakattu kiderakenne, joka ei ole luonteeltaan kerrostunut ja sillä on vain kaksi hapetustilaa, jotka voivat vaihdella toisikseen varaus-/purkausprosessin aikana.

"Kukaan ei ole nähnyt tätä ceriumoksidin käyttäytymistä, ja se johtui rakenteellisista muutoksista, joita teimme materiaaliin", sanoi tohtori Mofarah.

Ryhmä aikoo kokeilla muiden ionien kanssa nähdäkseen, voidaanko kapasitanssia parantaa edelleen.

Aiheesta aiemmin:

Hybridi- ja superkondensaattoreita

Ionitekniikkaa kondensaattoreihin