Tehokkaampia mikroakkuja ja kondensaattoreita

University of Illinois at Urbana-Champaign tutkijoiden kehittämä uudenlainen mikroakku ylittää tehokkuudessaan jopa parhaat superkondensaattorit ja kokonsa suhteen se voisi tuottaa uusia sovelluksia radioliikenteeseen ja kompaktiin elektroniikkaan.

Nykyisistä virtalähteistä, käyttäjät joutuvat valitsemaan tehotiheyden ja energiatiheyden välillä. Uudet mikroakut tarjoavat sekä tehotiehyttä että energiaa ja hieman rakennetta säätämällä tutkijat voivat säätää laajasti niiden virta-vs-energia suhdetta.

Uuden akun perusidea on saattaa akun koko mikroluokkaan sillä nykyisin minkä tahansa elektronisen laitteen kokoa rajoittaa akku. Uusien akkujen suorituskyvyn takana onkin monimutkaisella prosessilla tuotettu kolmiulotteinen mikrorakenne.

Uuden akun tehotiheys on jopa 7,4 mW cm^-2 µm^-1, mikä on yhtä suuri tai suurempi kuin parhailla superkondensaattoreilla ja 2000 kertaa suurempi kuin muilla mikroakuilla.

Michigan Techin tiedemiesten saavutukset voivat puolestaan johtaa parempiin kondensaattoreihin.

He ovat kehittäneet menetelmän kasvattaa mangaanidioksidisten nanosauvojen pystymetsää. Mangaanidioksidi on halpaa, ympäristöystävällistä ja runsasta. Kuitenkin, siitä tehdyiltä kemiallisilta kondensaattoreilta puuttuu tehotiheyttä.

Tutkija Dennis Desheng Meng teoretisoi, että tilannetta voitaisiin parantaa, mangaanidioksidista tehdyillä nanosauvoilla. Tutkimusryhmä onnistui kehittämään tekniikan, jolla kasvattaa nanosauvoja, jotka ovat paitsi suoria ja pitkiä mutta joilla on myös optimaalinen kiderakenne (α-MnO2).

Rakenne minimoi sisäistä resistanssia, joten kondensaattori latautuu ja purkautuu nopeammin ja toimii pitempään. Mengin ryhmä latasi kondensaattoriaan yli 2000 kertaa, ja silti se kykeni ottamaan vastaan yli 90 prosenttia alkuperäisestä varauksestaan.

Mengin kehittämät kondensaattorit ovat hybridejä fyysisten superkondensaattorien ja akkujen välillä. Ne tarjoavat molempien parhaat puolet eli niissä on energiatiheyttä kuten akuissa ja niistä saadaan enemmän tehotiheyttä kuin hiilipohjaisista kondensaattoreista.

Tutkijat kasvattivat mangaanidioksidisten nanosauvojen nanometsän elektroforeesisaostuksella. Tekniikassa hiukkaset ovat saostuksessa sähkökentän vaikutuksen alaisena. Prosessi ei ole erityisen vaikea ja tutkijat ovat tehneet sitä jatkuvasti rullalta-rullalle tulostuksella.