Elektroda Timah Tingkatkan Efisiensi dan Keberlanjutan Superkapasitor
Perangkat penyimpanan energi superkapasitor dengan kapasitas tinggi dan pengisian daya cepat longga terbatas oleh komposisi elektrodanya — komponen yang mengatur aliran elektron saat pengisian dan pengeluaran energi. Peneliti kini telah mengembangkan bahan yang lebih baik untuk meningkatkan konektivitas sambil mempertahankan kemampuan daur ulang dan biaya rendah.
Tim meneliti koneksi dalam mikro-superkapasitor, yang digunakan dalam sensor wearable kecil mereka untuk memantau tanda vital dan hal lainnya. Oksida kobalt — bahan yang melimpah, murah, dan memiliki kapasitas teoretis tinggi untuk mentransfer muatan energi dengan cepat — biasanya menjadi bahan pembentuk elektroda. Namun, bahan yang dicampur dengan oksida kobalt untuk membuat elektroda dapat bereaksi buruk, sehingga menghasilkan kapasitas energi yang jauh lebih rendah dari yang secara teoretis memungkinkan.
Peneliti menjalankan simulasi materi dari perpustakaan atom untuk melihat apakah penambahan bahan lain — juga disebut doping — dapat memperkuat karakteristik yang diinginkan dari oksida kobalt sebagai elektroda dengan menyediakan elektron tambahan sambil meminimalkan atau sepenuhnya menghilangkan efek negatif. Mereka memodelkan berbagai spesies dan tingkat materi untuk melihat bagaimana mereka berinteraksi dengan oksida kobalt. Banyak materi yang mungkin terlalu mahal atau beracun, jadi tim memilih timah, yang tersedia luas dengan biaya rendah dan tidak berbahaya bagi lingkungan.
Dalam simulasi, peneliti menemukan bahwa dengan menggantikan sebagian kobalt dengan timah dan mengikat materi ke film grafen yang tersedia secara komersial — bahan dengan ketebalan satu atom yang mendukung materi elektronik tanpa mengubah propertinya — mereka dapat memproduksi elektroda dengan biaya rendah yang mudah dikembangkan. Setelah simulasi selesai, tim melakukan eksperimen untuk melihat apakah simulasi dapat diwujudkan.
Hasil eksperimen memverifikasi peningkatan konduktivitas yang signifikan pada struktur oksida kobalt setelah penggantian parsial dengan timah. Perangkat yang dikembangkan diharapkan memiliki aplikasi praktis yang menjanjikan sebagai perangkat penyimpanan energi generasi mendatang.
Selanjutnya, tim berencana menggunakan versi mereka sendiri dari film grafen — busa berpori yang dibuat dengan memotong dan kemudian memecah materi menggunakan laser — untuk memproduksi kapasitor fleksibel yang memungkinkan konduktivitas yang mudah dan cepat. Superkapasitor adalah komponen kunci. Tim juga tertarik untuk menggabungkannya dengan mekanisme lain sebagai pemanen energi dan sensor.
