Stikstof en argon plasma verhoogt de prestaties van op koolstof gebaseerde supercapacitor-elektroden

Wetenschappers van Skoltech, het Instituut voor Nanotechnology of Microelectronics, RAS en andere onderzoekscentra hebben het begrip verfijnd van hoe plasmabehandeling van op koolstof gebaseerde elektroden de belangrijkste kenmerken van supercondensatoren beïnvloedt. Dit zijn energieopslagapparaten die batterijen aanvullen in elektrische auto’s, treinen, havenkranen en elders.

Naarmate wetenschappers de effecten van verschillende elektrode -aanpassingen op capaciteit onderzoeken, zal de toolkit voor het verbeteren van de prestaties van de supercondensatoren uitbreiden en deze apparaten zullen meer energie opslaan en meer toepassingen vinden. De bevindingen zijn gemeld in Elektrochimica acta.

“Ons team onderzoekt manieren om de prestaties van apparaten die bekend staan ​​als supercondensatoren te verbeteren door te sleutelen aan het op koolstof gebaseerde materiaal dat in hun elektroden wordt gebruikt,” aldus de hoofdonderzoeker van de studie, universitair docent Stanislav EVLASHIN van Skoltech Materials, aldus.

“In principe zijn er twee manieren om de hoeveelheid energie die een supercapaciteur opslaat te vergroten. Of je verbetert het effectieve oppervlak van de elektroden door ingewikkeld oppervlakte -ontwerp of je introduceert buitenlandse atomen in het koolstofmateriaal van de elektroden. In deze studie hebben we een vooruitgang gebracht in het begrijpen van het effect van buitenlandse atoominclusie.”

Supercondensatoren zijn energieopslagapparaten die vaak in combinatie worden gebruikt met lithium-iontechnologie. In tegenstelling tot conventionele batterijen, leveren ze zich bijna onmiddellijk en oogst af, zodat ze de snelle uitbarsting van stroom kunnen maken die nodig is om een ​​lading op te tillen, een voertuig in beweging te zetten, de remmen te trekken, enz.

Supercondensatoren kunnen ook bredere temperatuurbereiken aan. Ze lijden ook weinig slijtage, hebben een lange levensduur en kunnen de levensduur van lithium-ionbatterijen aanzienlijk verlengen.

In vergelijking met metaal-iontechnologie vormen supercondensatorfouten geen significante brandgevaren. En de gebruikte materialen zijn relatief eenvoudig op een milieuvriendelijke manier te verwijderen.

Supercondensatoren maken een ononderbroken stroomvoorziening voor ziekenhuizen, datacenters en telecommunicatieapparatuur mogelijk om een ​​continue service te garanderen en geheugenverlies te voorkomen. De technologie wordt ook gebruikt om de piekvraag op het power grid te evenaren. Supercondensatoren hebben potentieel voor internet der dingen sensoren en communicatieapparaten, evenals draagbare medische hulpmiddelen en draagbare elektronica.

In elektrische en hybride auto’s zijn supercondensatoren nuttig voor het opstarten en stoppen, evenals stuurbekrachtiging. Werkend in combinatie met benzinemotoren, beloven supercondensatoren sneller opladen voor voertuigbatterijen. Elektrische voertuigen in het algemeen en treinen in het bijzonder kunnen profiteren van supercondensatoren die de energie vastleggen die wordt vrijgegeven bij het remmen om de algehele efficiëntie te vergroten.

Hoe groter de capaciteit van een supercondensator, hoe meer energie het kan opslaan. Skoltech -onderzoekers bestuderen de manier waarop buitenlandse atoominclusie in het koolstofmateriaal waaruit de elektroden van een supercondensator bestaat, de capaciteit beïnvloedt.

In de recente studie testte het Skoltech -team het effect van plasma van zes chemische samenstellingen op de capaciteit van koolstofnanowalls, een materiaal dat wordt gebruikt om supercondensatorelektroden te maken. Van die zes composities bleek alleen het mengsel van stikstof en argon geschikt, waardoor het materiaal werd gewijzigd op een manier die zijn oppervlakte -capaciteit verdubbelde.

Hoewel dit op geen enkele manier een record is voor dergelijke op koolstof gebaseerde elektrode-modificaties, werpen de resultaten van de studie licht op de betrokken elektrochemie.

“We hebben geconstateerd dat wat er eerst gebeurt, is dat de amorfe koolstof die nog steeds blijft na de groei van koolstof nanowallstructuren is opgeruimd. Dit wordt gevolgd door de vorming van nieuwe defecten en de opname van heteroatomen in de structuur van de koolstofmateriaal. Amorfe koolstof, samen met de heteroatomen van stikstof.