Elektroda Timah Memperkuat Superkapasitor

Perangkat penyimpanan energi superkapasitor pengisian cepat berkapasitas tinggi telah dibatasi oleh komposisi elektrodanya — koneksi yang bertanggung jawab untuk mengelola aliran elektron selama pengisian dan pengeluaran energi. Para peneliti kini telah mengembangkan bahan yang lebih baik untuk meningkatkan konektivitas sambil mempertahankan daur ulang dan biaya rendah.

Tim mengeksplorasi koneksi dalam superkapasitor mikro, yang mereka gunakan dalam sensor kecil yang dapat dipakai untuk memantau tanda-tanda vital dan banyak lagi. Kobalt oksida - bahan yang melimpah dan murah yang secara teoritis memiliki kapasitas tinggi untuk mentransfer muatan energi dengan cepat - biasanya membentuk elektroda. Namun, bahan yang bercampur dengan oksida kobalt untuk membuat elektroda dapat bereaksi buruk, menghasilkan kapasitas energi yang jauh lebih rendah daripada yang dimungkinkan secara teoritis.

Para peneliti menjalankan simulasi bahan dari perpustakaan atom untuk melihat apakah menambahkan bahan lain - juga disebut doping - dapat memperkuat karakteristik oksida kobalt yang diinginkan sebagai elektroda dengan menyediakan elektron ekstra sambil meminimalkan, atau menghilangkan sepenuhnya, efek negatif. Mereka memodelkan berbagai spesies dan tingkat material untuk melihat bagaimana mereka akan berinteraksi dengan oksida kobalt. Banyak dari bahan yang mungkin terlalu mahal atau beracun, sehingga tim memilih timah, yang tersedia secara luas dengan biaya rendah dan tidak berbahaya bagi lingkungan.

Dalam simulasi, para peneliti menemukan bahwa dengan mengganti sebagian kobalt untuk timah dan mengikat bahan ke film graphene yang tersedia secara komersial - bahan setebal atom tunggal yang mendukung bahan elektronik tanpa mengubah sifat mereka - mereka dapat membuat bahan dengan biaya rendah. , elektroda yang mudah dikembangkan. Setelah simulasi selesai, tim melakukan eksperimen untuk melihat apakah simulasi dapat diaktualisasikan.

Hasil eksperimen memverifikasi konduktivitas yang meningkat secara signifikan dari struktur oksida kobalt setelah substitusi parsial oleh timah. Perangkat yang dikembangkan diharapkan memiliki aplikasi praktis yang menjanjikan sebagai perangkat penyimpanan energi generasi berikutnya.

Selanjutnya, tim berencana untuk menggunakan versi film graphene mereka sendiri — busa berpori yang dibuat dengan memotong sebagian dan kemudian memecah material dengan laser — untuk membuat kapasitor fleksibel untuk memungkinkan konduktivitas yang mudah dan cepat. Superkapasitor adalah salah satu komponen kunci. Tim juga tertarik untuk menggabungkan dengan mekanisme lain untuk berfungsi sebagai pemanen energi dan sensor.