Trasformare l'ossido di grafite (GO) in supercondensatori a tutti gli effetti risulta essere semplice. Ma finché un laboratorio della Rice University non ha scoperto come, era tutt'altro che ovvio.

Rice Professor Pulickel Ajayan e il suo team hanno scoperto di poter trasformare un foglio di GO in un supercondensatore funzionale scrivendovi dei modelli con un laser. Gli scienziati sapevano già che il calore di un laser poteva convertire il GO, la forma ossidata della grafite, o mina a base di carbonio - in ossido di grafite ridotto (RGO) conduttore di elettricità. Scrivendo modelli di RGO in sottili fogli di GO, i ricercatori di Rice li hanno effettivamente trasformati in supercondensatori indipendenti con la capacità di immagazzinare e rilasciare energia per migliaia di cicli.

La scoperta è stata segnalata questa settimana nell'edizione online di Nanotecnologia della natura .

La scoperta sorprendente è stata che GO, quando idratato, può contenere ioni e fungere da elettrolita solido e separatore elettricamente isolante. "Questo è abbastanza facile, poiché GO assorbe l'acqua come una spugna e può contenere fino al 16% del suo peso, " disse Wei Gao, autore principale del documento e uno studente laureato presso l'Ajayan Lab.

"La svolta fondamentale qui è che GO, quando contiene acqua, funge da conduttore ionico, " ha detto Ajayan, Benjamin M. di Rice e Mary Greenwood Anderson Professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di chimica. "Quindi siamo in grado di convertire un foglio di GO in un supercondensatore senza aggiungere nulla. Tutto ciò che serve sono un modello e gli elettrodi, e hai un dispositivo. Naturalmente i dispositivi funzionano anche in presenza di elettroliti esterni, che è anche meglio.

"Penso che vedrai molti piccoli dispositivi che necessitano di fonti di alimentazione più piccole. Anche i dispositivi di dimensioni intermedie potrebbero essere alimentati da questo materiale; è molto scalabile".

Come esperimento di controllo, il team ha risucchiato tutta l'acqua da un dispositivo RGO-GO-RGO nel vuoto per eliminarne la conduttività ionica. L'esposizione all'aria per tre ore ha ripristinato completamente la sua funzione di supercondensatore, un'altra caratteristica potenzialmente utile.

Per costruire un supercondensatore completamente funzionante, i materiali degli elettrodi conduttori devono essere separati da un isolante che contiene l'elettrolita. Quando i modelli di conduzione RGO scritti al laser sono separati da GO, il materiale diventa un dispositivo di accumulo di energia, ha detto Gao. I modelli possono essere sovrapposti in alto e in basso o sullo stesso piano.

Nei loro esperimenti, il calore di un laser alla Oshman Engineering Design Kitchen di Rice ha risucchiato ossigeno dalla superficie per creare l'oscurità, poroso RGO, che forniva un livello di resistenza e tratteneva gli ioni contenuti nel GO fino al loro rilascio controllato. I modelli sono stati scritti nel GO con una precisione di quasi un micron.

Essenzialmente, i dispositivi hanno mostrato buone prestazioni elettrochimiche, senza i prodotti chimici.

I test dei dispositivi alla Rice e dai colleghi dell'Università del Delaware hanno mostrato che le loro prestazioni si confrontano favorevolmente con i micro-supercondensatori a film sottile esistenti. Presentano caratteristiche di trasporto protonico simili a quelle di Nafion, una membrana elettrolitica commerciale scoperta negli anni '60, ha detto Ajayan.

Anche se il laboratorio non produrrà presto supercondensatori piatti alla rinfusa, Ajayan ha affermato che la ricerca apre la strada a possibilità interessanti, compresi i dispositivi per l'uso in celle a combustibile e batterie al litio.

Ha detto che la scoperta è sorprendente "perché molte persone guardano l'ossido di grafite da cinque o 10 anni ormai, e nessuno ha visto quello che vediamo qui. Abbiamo scoperto un meccanismo fondamentale dell'ossido di grafite, una membrana a conduzione ionica, utile per le applicazioni".