Tha supercapacitors nan seòrsa inneal ainmichte a dh’ fhaodas lùth a stòradh agus a lìbhrigeadh nas luaithe na bataraidhean àbhaisteach.Tha iarrtas mòr orra airson tagraidhean a’ toirt a-steach càraichean dealain, tele-chonaltradh gun uèir agus leusair le cumhachd àrd.

Ach gus na tagraidhean sin a thoirt gu buil, feumaidh supercapacitors electrodes nas fheàrr, a cheanglas an supercapacitor ris na h-innealan a tha an urra ris an lùth aca.Feumaidh na dealanan sin a bhith an dà chuid nas luaithe agus nas saoire airson an dèanamh air sgèile mhòr agus cuideachd comasach air an luchd dealain aca a ghearradh agus a leigeil ma sgaoil nas luaithe.Tha sgioba de innleadairean aig Oilthigh Washington den bheachd gu bheil iad air pròiseas a chruthachadh airson stuthan electrode supercapacitor a dhèanamh a choinnicheas ris na h-iarrtasan teann gnìomhachais agus cleachdaidh sin.

Dh'fhoillsich an luchd-rannsachaidh, air a stiùireadh le àrd-ollamh cuideachaidh saidheans stuthan agus innleadaireachd UW Peter Pauzauskie, pàipear air 17 Iuchar anns an iris Nature Microsystems agus Nanoengineering a ’toirt cunntas air an electrode supercapacitor aca agus an dòigh luath, saor a rinn iad e.Bidh an dòigh ùr aca a’ tòiseachadh le stuthan làn gualain a chaidh a thiormachadh ann am matrix dùmhlachd ìosal ris an canar aerogel.Faodaidh an t-inneal-adhair seo leis fhèin a bhith na electrode amh, ach dhùblaich sgioba Pauzauskie barrachd air a chomas, is e sin an comas cosgais dealain a stòradh.

Bidh na stuthan tòiseachaidh saor sin, còmhla ri pròiseas sìmplidh sìmplidh, a’ lughdachadh dà bhacadh cumanta air cleachdadh gnìomhachais: cosgais agus astar.

“Ann an tagraidhean gnìomhachais, is e airgead a th’ ann an ùine, ”thuirt Pauzauskie.“Is urrainn dhuinn na stuthan tòiseachaidh airson na dealanan sin a dhèanamh ann an uairean, seach seachdainean.Agus faodaidh sin lùghdachadh mòr a thoirt air a’ chosgais synthesis airson a bhith a’ dèanamh electrodan supercapacitor àrd-choileanadh. ”

Tha electrodan supercapacitor èifeachdach air an co-chur bho stuthan làn gualain aig a bheil farsaingeachd uachdar àrd cuideachd.Tha an riatanas mu dheireadh deatamach air sgàth an dòigh shònraichte a bhios supercapacitors a’ stòradh cosgais dealain.Fhad ‘s a bhios bataraidh àbhaisteach a’ stòradh chosgaisean dealain tro na h-ath-bheachdan ceimigeach a tha a ’tachairt na bhroinn, bidh supercapacitor an àite sin a’ stòradh agus a ’sgaradh chosgaisean adhartach is àicheil gu dìreach air an uachdar aige.

“Faodaidh supercapacitors a bhith ag obair gu math nas luaithe na bataraidhean leis nach eil iad air an cuingealachadh le astar an ath-bhualadh no na fo-thoraidhean a dh’ fhaodas cruthachadh, ”thuirt an co-ùghdar Matthew Lim, oileanach dotaireil UW ann an Roinn Saidheans Stuthan & Innleadaireachd.“Faodaidh supercapacitors cosgais agus leigeil ma sgaoil gu math luath, agus is e sin as coireach gu bheil iad math air na‘ buillean cumhachd ’sin a lìbhrigeadh.”

“Tha tagraidhean math aca ann an suidheachaidhean far a bheil bataraidh leis fhèin ro shlaodach,” thuirt an co-phrìomh ùghdar Matthew Crane, oileanach dotaireil ann an Roinn Innleadaireachd Cheimigeach UW.“Anns na h-amannan far a bheil bataraidh ro shlaodach gus coinneachadh ri iarrtasan lùtha, dh’ fhaodadh supercapacitor le electrode uachdar àrd ‘breabadh’ a-steach gu sgiobalta agus dèanamh suas airson an easbhaidh lùtha. ”

Gus an raon uachdar àrd fhaighinn airson dealan èifeachdach, chleachd an sgioba aerogels.Tha iad sin nan stuthan fliuch, coltach ri gel, a chaidh tro làimhseachadh sònraichte airson tiormachadh agus teasachadh gus èadhar no gas eile a chuir an àite na pàirtean liùlach aca.Bidh na modhan sin a ’gleidheadh ​​​​structar 3-D an gel, a’ toirt farsaingeachd uachdar àrd dha agus dùmhlachd gu math ìosal.Tha e coltach ri bhith a 'toirt air falbh an t-uisge gu lèir a-mach à Jell-O gun a bhith a' crìonadh.

“Tha timcheall air uimhir de raon uachdar ri aon raon ball-coise ann an aon ghram de airgel,” thuirt Pauzauskie.

Rinn crann aerogels bho polymer coltach ri gel, stuth le aonadan structarail ath-aithris, air a chruthachadh bho formaldehyde agus moileciuilean eile stèidhichte air carbon.Rinn seo cinnteach gum biodh an inneal aca, mar electrodes supercapacitor an latha an-diugh, air a dhèanamh suas de stuthan làn gualain.

Roimhe sin, sheall Lim gun robh a bhith a’ cur graphene - a tha na dhuilleag de ghualain dìreach aon atom tiugh - ris an gel a’ toirt buaidh air an airgel a thàinig às le feartan supercapacitor.Ach, dh'fheumadh Lim and Crane coileanadh an aerogel a leasachadh, agus am pròiseas synthesis a dhèanamh nas saoire agus nas fhasa.

Anns na deuchainnean a rinn Lim roimhe, cha robh cuir graphene air leasachadh a dhèanamh air comas an aerogel.An àite sin bhiodh iad a’ luchdachadh aerogels le duilleagan tana de disulfide molybdenum no disulfide tungsten.Tha an dà cheimigeach air an cleachdadh gu farsaing an-diugh ann an leann gnìomhachais.

Bha an luchd-rannsachaidh a’ làimhseachadh an dà stuth le tonnan fuaim àrd-tricead gus am briseadh suas ann an siotaichean tana agus an toirt a-steach don mhaitrix gel làn gualain.B ’urrainn dhaibh gel fliuch làn-luchdaichte a cho-chur ann an nas lugha na dà uair a thìde, agus bheireadh dòighean eile grunn làithean.

Às deidh dhaibh an aerogel tiormaichte, dùmhlachd ìosal fhaighinn, chuir iad còmhla e le adhesives agus stuth eile a bha beairteach gualain gus “taois” gnìomhachais a chruthachadh a dh ’fhaodadh Lim a chuir a-mach gu siotaichean dìreach beagan mhìltean de òirleach de thighead.Gheàrr iad diosgan leth-òirleach bhon taois agus chruinnich iad iad ann an còmhdach bataraidh cealla coin sìmplidh gus deuchainn a dhèanamh air èifeachdas an stuth mar electrode supercapacitor.

Chan e a-mhàin gu robh na dealanan aca luath, sìmplidh agus furasta an co-chur, ach bha iad cuideachd a ’spòrs comas co-dhiù 127 sa cheud nas motha na an airgel làn gualain a-mhàin.

Tha Lim and Crane an dùil gum biodh aerogels làn de dhuilleagan eadhon nas taine de disulfide molybdenum no disulfide tungstain - bha an cuid aca timcheall air 10 gu 100 dadam ann an tiugh - a’ nochdadh coileanadh eadhon nas fheàrr.Ach an toiseach, bha iad airson sealltainn gum biodh aerogels luchdaichte nas luaithe agus nas saoire a bhith air an co-chur, ceum riatanach airson cinneasachadh gnìomhachais.Thig an gleusadh an ath rud.

Tha an sgioba den bheachd gun cuidich na h-oidhirpean sin saidheans adhartachadh eadhon taobh a-muigh raon electrodes supercapacitor.Dh’ fhaodadh an disulfide molybdenum aca a tha crochte le aerogel fuireach seasmhach gu leòr gus cinneasachadh hydrogen a bhrosnachadh.Agus dh’ fhaodadh an dòigh aca air stuthan a ghlacadh gu sgiobalta ann an aerogels a bhith air a chuir an sàs ann am bataraidhean comas àrd no catalysis.