Los supercondensadores se pueden cargar y descargar decenas de miles de veces, pero su densidad de energía relativamente baja en comparación con las baterías convencionales limita su aplicación para el almacenamiento de energía. Ahora, los investigadores de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A * STAR en Singapur tienendesarrolló un supercondensador 'asimétrico' basado en nitruros metálicos y grafeno que podría ser una solución de almacenamiento de energía viable.
La viabilidad de un supercondensador está determinada en gran medida por los materiales que comprenden sus ánodos y cátodos. Estos electrodos deben tener un área de superficie alta por unidad de peso, alta conductividad eléctrica y capacidad y ser físicamente robustos para que no se degraden durante la operación en líquidoo ambientes hostiles.
A diferencia de los supercondensadores tradicionales, que usan el mismo material para ambos electrodos, el ánodo y el cátodo en un supercondensador asimétrico están compuestos de diferentes materiales. Los científicos inicialmente usaron óxidos metálicos como electrodos supercondensadores asimétricos, pero como los óxidos metálicos no tienen un contenido particularmente altoconductividades eléctricas y se vuelven inestables durante largos ciclos de operación, estaba claro que se necesitaba una mejor alternativa.
Los nitruros metálicos como el nitruro de titanio, que ofrecen alta conductividad y capacitancia, son una alternativa prometedora, pero tienden a oxidarse en entornos acuosos que limitan su vida útil como electrodo. Una solución para esto es combinarlos con materiales más estables.
Hui Huang del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur de A * STAR y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Nanyang y la Universidad de Jinan, China, han fabricado supercondensadores asimétricos que incorporan electrodos de nitruro metálico con láminas de grafeno apiladas.
Para obtener el máximo beneficio de la superficie de grafeno, el equipo utilizó un método preciso para crear películas delgadas, un proceso conocido como deposición de capa atómica, para cultivar dos materiales diferentes en nanohojas de grafeno alineadas verticalmente: nitruro de titanio para el cátodo de su supercondensador ynitruro de hierro para el ánodo. El cátodo y el ánodo se calentaron luego a 800 y 600 grados Celsius respectivamente, y se dejaron enfriar lentamente. Los dos electrodos se separaron luego en el supercondensador asimétrico por un electrolito de estado sólido, lo que evitó la oxidación delnitruros metálicos.
Los investigadores probaron sus dispositivos supercondensadores y demostraron que podían circular 20,000 veces y exhibieron una alta capacitancia y una alta densidad de potencia ". Estas mejoras se deben al área de superficie ultra alta del sustrato de grafeno alineado verticalmente y al método de deposición de la capa atómica quepermite el uso completo de él ", dice Huang." En futuras investigaciones, queremos aumentar el voltaje de funcionamiento del dispositivo para aumentar aún más la densidad de energía ", dice Huang.
Los investigadores afiliados a A * STAR que contribuyen a esta investigación son del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur
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Materiales proporcionado por Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A * STAR . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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