Pseudokapasitor adalah jenis perangkat penyimpanan energi yang dapat secara efektif menyeimbangkan kebutuhan akan pengisian/charging dan discharging yang cepat serta kepadatan energi tinggi. Untuk merealisasikan pseudokapasitor praktis, kita perlu mengembangkan kolektor yang dapat secara bersamaan memungkinkan transportasi elektron yang efisien dan difusi ion.
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 dibandingkan superkapasitor konvensional dalam hal kepadatan energi dan kinerja.
Menggunakan Material Pseudokapasitif untuk Memadatkan Densitas
Dalam pekerjaan ini, peneliti telah menunjukkan struktur pori grafen aerogel cetak 3D yang dapat mendukung volume tinggi dari material pseudokapasitif yang banyak digunakan, oksida mangan (MnO2). Material ini dikenal karena menyimpan muatan listrik secara kimiawi dan menampilkan kapasitas energi teoretis ultra-tinggi.
Ini menghasilkan superkapasitor yang memiliki kapasitansi area tinggi atau penyimpanan muatan listrik massal per satuan luas. Sampai saat ini, tidak ada yang berhasil mencapai prestasi ini. Dibandingkan 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 pori cetak 3D dengan 180 mg oksida mangan, menggunakan teknik dekomposisi kimiawi. Kejutan, mereka mampu mencapai tingkat pemuatan hingga 100 kali lebih banyak daripada yang telah dicapai orang lain, tanpa menurunkan kinerja.
Referensi: Cell | doi:10.1016/j.joule.2018.09.020 | LLNL
Mereka menambahkan lapisan oksida mangan pseudokapasitif pada struktur grafen cetak 3D untuk memperluas kepadatan energi dan kapasitansi keseluruhan. Daripada menerapkan lapisan selektif pada permukaan luar struktur, mereka sepenuhnya memanfaatkan luas permukaan yang besarnya.
Keuntungannya
Yang lebih menarik dari proyek ini adalah ini masih belum batasnya. Semua dapat Diskalakan. Ada banyak makropori yang tersedia – elemen penting untuk menyetorkan MnO2 dan difusi ion yang efisien.
Pembuatan elektroda grafen aerogel cetak 3D/MnO2 | Kredit para peneliti
Mereka dapat membuat elektroda tebal sambil mempertahankan konduktivitas dan difusi ion yang baik. Biasanya, jika terus meningkatkan ketebalan, akhirnya akan mencapai ambang, terutama pada tingkat pengisian tinggi.
Tapi karena peneliti telah menggunakan struktur 3D, mereka dapat memanfaatkan muatan yang lebih tinggi dengan baik. Nilai gravimetrik tidak akan menurun banyak, bahkan jika mereka membuat struktur lebih tebal.
Struktur cetak 3D memiliki banyak keuntungan lainnya. Misalnya, Anda dapat mengontrol ukuran pori, memproduksi elektroda dengan cepat, dan mengonfigurasi parameter sesuai keinginan. Juga, porositas dapat diubah dengan mengubah desain arsitektur struktur.
Baca: Medan Magnet Pulsed Indoor Terkuat yang Pernah Dihasilkan
Pekerjaan saat ini menekankan pada kinerja perangkat superkapasitor simetrik yang bergantung pada dua elektroda cetak 3D yang serupa. Dalam beberapa tahun ke depan, peneliti akan menggunakan pemuatan bahan aktif yang sangat tinggi untuk membangun perangkat asimetrik, yang akan menggunakan dua bahan yang berbeda pada setiap elektroda, meningkatkan lebih lanjut tingkat kepadatan energi dan tegangan kerja.
