L'esplosione dei dispositivi elettronici mobili, veicoli elettrici, i droni e altre tecnologie hanno stimolato la domanda di nuovi materiali leggeri in grado di fornire la potenza necessaria per il loro funzionamento. I ricercatori dell'Università di Houston e della Texas A&M University hanno segnalato un elettrodo a supercondensatore strutturale realizzato con ossido di grafene ridotto e nanofibra di aramide che è più forte e più versatile degli elettrodi convenzionali a base di carbonio.

Il team di ricerca UH ha anche dimostrato che la modellazione basata sulla nanoarchitettura del materiale può fornire una comprensione più accurata della diffusione ionica e delle proprietà correlate negli elettrodi compositi rispetto al metodo di modellazione tradizionale, noto come modello dei mezzi porosi.

"Stiamo proponendo che questi modelli basati sulla nanoarchitettura del materiale siano più completi, dettagliato, informativo e accurato rispetto al modello dei media porosi, "ha detto Haleh Ardebili, Bill D. Cook Professore Associato di Ingegneria Meccanica presso l'UH e autore corrispondente per un documento che descrive il lavoro, pubblicato in ACS Nano .

Metodi di modellazione più accurati aiuteranno i ricercatori a trovare nuovi e più efficaci materiali nanoarchitettonici in grado di fornire una maggiore durata della batteria e una maggiore energia con un peso inferiore, lei disse.

I ricercatori conoscevano il materiale testato:ossido di grafene ridotto e nanofibra di aramide, o rGO/ANF—era un buon candidato per le sue forti proprietà elettrochimiche e meccaniche. Gli elettrodi del supercondensatore sono generalmente realizzati con materiali porosi a base di carbonio, che forniscono prestazioni efficienti dell'elettrodo, ha detto Ardebili.

Mentre l'ossido di grafene ridotto è costituito principalmente da carbonio, la nanofibra di aramide offre una resistenza meccanica che aumenta la versatilità dell'elettrodo per una varietà di applicazioni, anche per i militari. Il lavoro è stato finanziato dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica statunitense.

Oltre ad Ardebili, i coautori includono la prima autrice Sarah Aderyani e Ali Masoudi, entrambi UH; e Smit A. Shah, Micah J. Green e Jodie L. Lutkenhaus, tutto da A&M.

L'attuale documento riflette l'interesse dei ricercatori nel migliorare la modellazione per i nuovi materiali energetici. "Volevamo trasmettere che i modelli convenzionali là fuori, che sono modelli porosi basati su media, potrebbe non essere sufficientemente accurato per la progettazione di questi nuovi materiali nanoarchitettonici e per studiare questi materiali per elettrodi o altri dispositivi di accumulo di energia, " ha detto Ardebili.

Questo perché il modello dei mezzi porosi generalmente assume dimensioni dei pori uniformi all'interno del materiale, piuttosto che misurare le dimensioni variabili e le proprietà geometriche del materiale.

"Quello che proponiamo è che sì, il modello dei mezzi porosi può essere conveniente, ma non è necessariamente esatto, " ha detto Ardebili. "Per i dispositivi all'avanguardia, abbiamo bisogno di modelli più accurati per comprendere e progettare meglio nuovi materiali per elettrodi".