Piccole ammaccature sulla superficie del grafene aumentano notevolmente il suo potenziale come supercondensatore. Anche meglio, può essere fatto da anidride carbonica.

Uno scienziato dei materiali della Michigan Technological University ha inventato un nuovo approccio per prendere l'anidride carbonica e trasformarla in grafene 3-D con micropori sulla sua superficie. Il processo è al centro di un nuovo studio pubblicato sull'American Chemical Society's Materiali applicati e interfacce .

La conversione dell'anidride carbonica in materiali utili di solito richiede un elevato apporto di energia a causa della sua stabilità ultraelevata. Però, Il professore di scienza dei materiali Yun Hang Hu e il suo team di ricerca hanno creato una reazione di rilascio di calore tra anidride carbonica e sodio per sintetizzare il grafene microporoso in superficie 3-D.

"Il grafene 3-D con superficie microporosa è un materiale nuovo di zecca, " Hu dice, spiegando che la superficie del materiale è butterata da micropori e si piega in mesopori più grandi, che entrambi aumentano la superficie disponibile per l'assorbimento degli ioni elettroliti. "Sarebbe un eccellente materiale per elettrodi per dispositivi di accumulo di energia".

Supercondensatori Holey

Le proprietà supercapacitive della struttura unica del grafene a superficie microporosa 3-D lo rendono adatto per ascensori, autobus, gru e qualsiasi applicazione che richieda un ciclo di carico/scarico rapido. I supercondensatori sono un tipo importante di dispositivo di accumulo di energia e sono stati ampiamente utilizzati per i sistemi di frenata rigenerativa nei veicoli ibridi.

Fondamentalmente, un materiale di un supercondensatore deve immagazzinare e rilasciare una carica. Il fattore limitante è la velocità con cui gli ioni possono muoversi attraverso il materiale.

Gli attuali supercondensatori commercializzati utilizzano carbone attivo utilizzando strisce di micropori per fornire un efficiente accumulo di carica. Però, gli ioni elettroliti hanno difficoltà a diffondersi all'interno o attraverso i suoi micropori profondi, aumentando il tempo di ricarica.

"Il nuovo grafene a superficie microporosa 3-D risolve questo problema, " Hu dice. "I mesopori interconnessi sono canali che possono fungere da serbatoio di elettrolita e i micropori di superficie assorbono gli ioni dell'elettrolita senza bisogno di tirare gli ioni in profondità all'interno del microporo".

Il mesoporo è come un porto e gli ioni elettroliti sono navi che possono attraccare nei micropori. Gli ioni non devono percorrere una grande distanza tra la navigazione e l'attracco, che migliora notevolmente i cicli di carica/scarica che possono attraversare. Di conseguenza, il materiale ha mostrato una capacità areale ultraelevata di 1,28 F/cm2, che è considerata un'eccellente capacità di velocità e un'eccellente stabilità del ciclo per i supercondensatori.

Dal nulla

Per sintetizzare il materiale dall'anidride carbonica, Il team di Hu ha aggiunto anidride carbonica al sodio, seguito dall'aumento della temperatura a 520 gradi Celsius. La reazione può rilasciare calore invece di richiedere input di energia.

Durante il processo, l'anidride carbonica non solo forma fogli di grafene 3-D, ma scava anche i micropori. Le piccole ammaccature sono profonde solo 0,54 nanometri negli strati superficiali del grafene.

Il lavoro di Hu è finanziato dalla National Science Foundation (NSF) e dettagliato nel Materiali e interfacce applicati ACS articolo "Un materiale ideale per elettrodi, Grafene a superficie microporosa 3D per supercondensatori con capacità areale ultraelevata."