Muoviset ja ioniset superkondensaattorit tehostuvat

PEDOT-muovityyppiä, joka voi johtaa sähköä, käytetään tällä hetkellä lähinnä elektronisten laitteiden staattiselta sähköltä suojautumiseen, mutta sillä on myös kyky varastoida sähkövarausta jonkin verran akun tapaan.

Haasteena superkondensaattorien parissa on luoda materiaaleja, joiden pinta-ala riittää suuriin energiamääriin. Perinteiset PEDOT-materiaalit jäävät tässä suhteessa heikoiksi, mikä rajoittaa niiden suorituskykyä.

UCLA:n kemistit ovat tuottaneet uuden materiaalin erityisellä höyryfaasikasvatusprosessilla pystysuuntaisten PEDOT-nanokuitujen luomiseksi. Nämä nanokuidut, jotka muistuttavat ylöspäin kasvavaa tiheää ruohoa, lisäävät dramaattisesti materiaalin pinta-alaa, jolloin se pystyy varastoimaan enemmän energiaa.

Uusi PEDOT-materiaali on osoittanut vaikuttavia tuloksia. Sen johtavuus on 100 kertaa korkeampi kuin kaupallisilla PEDOT-tuotteilla. Vielä merkittävämpää on, että näiden PEDOT-nanokuitujen sähkökemiallisesti aktiivinen pinta-ala on neljä kertaa suurempi kuin perinteisen PEDOTin.

Uuden prosessin ansiosta tällä materiaalilla on nyt yksi suurimmista tähän mennessä raportoiduista PEDOTin varauskapasiteeteista – yli 4600 milliFaradia neliösenttimetriä kohti, mikä on lähes yhden suuruusluokan korkeampi kuin perinteisellä PEDOTilla. Lisäksi materiaali on uskomattoman kestävää ja kestää yli 70 000 varausjaksoa, mikä ylittää perinteiset materiaalit.

Coloradon Boulder yliopiston tutkijaryhmän läpimurto voi myös johtaa tehokkaampien superkondensaattoreiden kehittämiseen,

Huokoiset elektrodit parantavat sähkökemiallisten laitteiden kapasitanssia maksimoimalla pinta-alan. Laitteen suorituskyvyn ja huokoisen materiaalirakenteen välinen suhde on kuitenkin edelleen huonosti ymmärretty.

Superkondensaattorit, jotka perustuvat ionien kertymiseen huokosiinsa, omaavat nopeat varausajat ja niillä on pidempi käyttöikä akkuihin verrattuna.

"Superkondensaattorien ensisijainen vetovoima on niiden nopeus", toteaa Ankur Gupta, kemian ja biologian tekniikan apulaisprofessori. "Joten kuinka voimme nopeuttaa niiden latautumista ja energian vapautumista? Ionien tehokkaammalla liikkeellä."

Heidän löydöksensä muuttavat Kirchhoffin lakia, joka on esittänyt virran kulkua sähköpiireissä vuodesta 1845 lähtien. Toisin kuin elektronit, ionit liikkuvat sekä sähkökenttien että diffuusion vuoksi, ja tutkijat totesivat, että niiden liikkeet huokosten leikkauskohdissa eroavat Kirchhoffin laissa kuvatusta.

Ennen tutkimusta ionien liikkeitä kuvattiin kirjallisuudessa vain yhdessä huokosessa. Tämän tutkimuksen avulla voidaan simuloida ja ennustaa ionien liikettä tuhansien toisiinsa liittyvien huokosten monimutkaisessa verkostossa muutamassa minuutissa.

"Se on tämän työn harppaus", Gupta sanoi. "Löysimme puuttuvan linkin."

Aiheesta aiemmin:

Akku ja superkonkka yhteen soppii

Hengittävä superkondensaattori

Interkalatoitu pseudokapasitanssi