Superkapasitor Cetak 3D Mencapai Kinerja Pemecah Rekor

• Para peneliti memuat struktur cetak 3D dari aerogel graphene berpori dengan oksida mangan.
• Ini memungkinkan mereka untuk menangkap kapasitas penyimpanan energi yang sangat tinggi ke dalam area kecil.
• Kerapatan energinya setara dengan beberapa baterai tradisional.

Pseudocapacitors adalah jenis perangkat penyimpanan energi yang secara efektif dapat menyeimbangkan kebutuhan pengisian/pengosongan cepat dan kepadatan energi yang tinggi. Untuk mewujudkan pseudokapasitor yang praktis, kita perlu mengembangkan kolektor yang secara bersamaan dapat memungkinkan transpor elektron dan difusi ion yang efisien.

Kemajuan terbaru dalam teknologi pencetakan 3D telah menawarkan cara baru untuk mengatasi tantangan luar biasa ini bagi pseudocapacitors. Sejauh ini, banyak strategi telah digunakan untuk meningkatkan kinerja perangkat ini, termasuk pengenalan cacat, rekayasa kristalinitas, dan doping unsur.

Baru-baru ini, tim peneliti di University of California, Santa Cruz, dan Lawrence Livermore National Laboratory membuat elektroda superkapasitor cetak 3D yang jauh lebih unggul daripada superkapasitor konvensional dalam hal kepadatan energi dan kinerja.

Menggunakan Bahan Pseudocapacitive Untuk Mengemas Lebih Banyak Kepadatan

Dalam karya ini, para peneliti telah menunjukkan struktur cetak 3D dari aerogel graphene berpori yang dapat mendukung volume tinggi bahan pseudokapasitif yang banyak digunakan, oksida mangan (MnO₂ ). Bahan ini dikenal menyimpan muatan listrik secara kimiawi dan menunjukkan kapasitas energi teoretis yang sangat tinggi.

Hal ini menghasilkan superkapasitor yang memiliki kapasitansi areal yang tinggi atau penyimpanan muatan listrik per satuan luas yang sangat besar. Hingga saat ini, belum ada yang mampu mencapai prestasi tersebut. Dibandingkan dengan kapasitor lain, ia memiliki kepadatan energi yang luar biasa. Studi ini dapat membuka pintu baru untuk menggunakan jenis kapasitor ini sebagai sumber daya pengisian cepat untuk perangkat seperti ponsel dan laptop.

Tim memuat struktur berpori cetak 3D dengan 180 mg oksida mangan, menggunakan teknik dekomposisi kimia. Anehnya, mereka mampu mencapai tingkat pemuatan hingga 100 kali lebih banyak daripada yang dicapai orang lain, tanpa menurunkan kinerja.

Referensi:Sel | doi:10.1016/j.joule.2018.09.020 | LLNL

Mereka menambahkan lapisan oksida mangan pseudokapasitif pada struktur graphene cetak 3D untuk memperluas kepadatan energi dan kapasitansi secara keseluruhan. Alih-alih menerapkan lapisan selektif pada permukaan luar struktur, mereka sepenuhnya memanfaatkan luas permukaannya yang besar.

Poin Plus

Yang lebih menarik dari proyek ini adalah masih tidak terbatas. Semuanya terukur. Ada banyak pori makro yang dapat diakses – elemen penting untuk menyimpan MnO₂  dan menyebarkan ion secara efisien.

Fabrikasi aerogel/MnO graphene cetak 3D₂  elektroda | Atas perkenan peneliti 

Mereka dapat membuat elektroda tebal sambil mempertahankan konduktivitas yang layak dan difusi ion. Biasanya, jika Anda terus meningkatkan ketebalan, pada akhirnya akan mencapai ambang batas, terutama pada tingkat pengisian daya yang tinggi.

Tetapi karena para peneliti telah menggunakan struktur 3D, mereka dapat memanfaatkan biaya yang lebih tinggi dengan layak. Nilai gravimetri tidak akan turun banyak, bahkan jika itu membuat struktur menjadi lebih tebal.

Struktur cetak 3D memiliki banyak keunggulan lainnya. Misalnya, Anda dapat mengontrol ukuran pori-pori, membuat elektroda dengan cepat, dan mengonfigurasi parameter sesuai keinginan Anda. Selain itu, porositas dapat diubah dengan mengubah desain arsitektural struktur.

Baca:Medan Magnet Berdenyut Dalam Ruangan Terkuat yang Pernah Dihasilkan

Karya ini menekankan pada kinerja perangkat superkapasitor simetris yang mengandalkan dua elektroda cetak 3D yang serupa. Di tahun-tahun mendatang, para peneliti akan menggunakan pemuatan bahan aktif yang sangat tinggi untuk membangun perangkat asimetris, yang akan menggunakan dua zat berbeda pada setiap elektroda, yang semakin meningkatkan tingkat kepadatan energi dan tegangan kerja.