I supercondensatori possono immagazzinare più energia e sono preferibili alle batterie perché sono in grado di caricare più velocemente, principalmente a causa dei nanosheet di grafene verticali (VGN) che sono più grandi e posizionati più vicini tra loro. I VGN sono reti 3D di nanomateriali di carbonio che crescono in file di fogli verticali, fornendo un'ampia superficie per una maggiore capacità di stoccaggio della carica. Chiamati anche nanowall di carbonio o nanoflakes di grafene, Le VGN offrono promesse nei sistemi di accumulo di energia ad alta potenza, celle a combustibile, biosensori e dispositivi magnetici, fra gli altri.

L'utilizzo di VGN come materiale per gli elettrodi dei supercondensatori offre vantaggi grazie alle loro proprietà intriganti come una nanoarchitettura porosa interconnessa, ottima conducibilità, elevata stabilità elettrochimica, e la sua schiera di nanoelettrodi. I vantaggi dei VGN possono essere migliorati a seconda di come viene coltivato il materiale, trattati e preparati per lavorare con elettroliti.

"Le prestazioni di un supercondensatore non dipendono solo dalla geometria del materiale dell'elettrodo, ma dipende anche dal tipo di elettrolita e dalla sua interazione con l'elettrodo, " ha affermato Subrata Ghosh dell'Indira Gandhi Center for Atomic Research presso l'Homi Bhabha National Institute. "Per migliorare la densità energetica di un dispositivo, Il miglioramento del potenziale [elettrico] della finestra sarà un fattore chiave".

In un articolo pubblicato questa settimana su Rivista di fisica applicata , Ghosh e un team di ricercatori hanno scoperto modi per migliorare le proprietà di supercapacità del materiale.

Secondo la modellazione, I VGN dovrebbero essere in grado di fornire capacità di archiviazione ad alta carica, e la comunità scientifica sta cercando di sbloccare le chiavi per raggiungere i livelli di efficienza teoricamente disponibili. I miglioramenti necessari per essere praticabili includono, ad esempio, maggiore capacità per unità di materiale, maggiore ritenzione, minore resistenza interna, e maggiori intervalli di tensione elettrochimica (finestre di potenziale operativo).

"La nostra motivazione era migliorare le prestazioni di VGN, "Ghosh ha detto. "Abbiamo adottato due strategie. Uno sta inventando un nuovo elettrolita, e un altro sta migliorando la struttura VGN mediante attivazione chimica. La combinazione di entrambi migliora notevolmente le prestazioni di archiviazione della carica."

Il team di ricercatori ha trattato i VGN con idrossido di potassio (KOH) per attivare gli elettrodi e quindi ha permesso agli elettrodi trattati di interagire con un elettrolita ibrido, testare la formazione del doppio strato elettrico all'interfaccia elettrodo/elettrolita. Hanno anche esaminato la morfologia, bagnabilità superficiale, efficienza columbic e capacità areale di VGN.

Il nuovo elettrolita che hanno creato è un ibrido che combina i vantaggi degli elettroliti acquosi e organici per una nuova versione ibrida organo-acquosa che funziona per aumentare le prestazioni dei supercondensatori dei VGN. Usando un sale biologico, Tetraetilammonio tetrafluoroborato (TEABF4), in una soluzione acquosa acida di acido solforico (H2SO4), hanno creato un elettrolita che ha esteso la finestra operativa del dispositivo.

Il miglioramento dell'architettura VGN è stato associato al processo di attivazione di KOH, che ha innestato il gruppo funzionale ossigeno sull'elettrodo, migliore bagnabilità dell'elettrodo, ridotta resistenza interna e ha fornito un miglioramento di cinque volte nella capacità dei VGN. L'approccio di attivazione nell'articolo può essere applicato ad altri dispositivi a supercondensatore basati sulla nanoarchitettura, disse Gosh.

"Gli elettroliti acquosi e organici sono ampiamente utilizzati, ma hanno i loro vantaggi e svantaggi, " ha detto. "Quindi nasce il concetto di elettrolita ibrido."