(Phys.org) -Een nieuw proces voor het kweken van bossen van mangaandioxide-nanostaafjes kan leiden tot de volgende generatie krachtige condensatoren.

Als energieopslagmateriaal voor batterijen en condensatoren, mangaandioxide heeft veel voordelen:het is goedkoop, milieuvriendelijk en overvloedig. Echter, chemische condensatoren gemaakt met mangaandioxide hebben niet de kracht van de typische op koolstof gebaseerde fysieke condensator. De wetenschapper van de Michigan Technological University, Dennis Desheng Meng, theoretiseerde dat de situatie zou kunnen worden verbeterd als het mangaandioxide tot nanostaafjes zou worden gemaakt, die zijn als nanobuisjes, alleen massief in plaats van hol. Echter, een struikelblok is het maken van mangaandioxide-nanostaafjes met de juiste set attributen. Tot nu, onderzoekers hebben nanostaafjes kunnen kweken die ofwel de beste kristallijne structuur hebben of uitgelijnd waren, maar niet allebei.

Nutsvoorzieningen, De onderzoeksgroep van Meng heeft een techniek ontwikkeld om nanostaafjes van mangaandioxide te kweken die niet alleen recht en lang zijn (althans volgens nanonormen), maar hebben ook de optimale kristalstructuur, bekend als α-MnO ₂ .

Dit minimaliseert de interne weerstand, waardoor de condensator herhaaldelijk kan worden opgeladen en ontladen zonder te verslijten. Dat is een recept voor een betere condensator:die kan meer energie opslaan, die energie sneller onttrekken, en langer werken tussen oplaadbeurten. Plus, het kan steeds opnieuw worden gebruikt. Zelfs nadat de groep van Meng hun condensator meer dan 2 had opgeladen, 000 keer, het was nog steeds in staat om meer dan 90 procent van zijn oorspronkelijke lading terug te krijgen.

Het apparaat van Meng behoort tot de familie van chemische, of reductie-oxidatie, condensatoren. Het zijn hybriden tussen fysieke supercondensatoren, die een uitbarsting van energie vrijgeven en snel ontladen, en batterijen, die over het algemeen meer energie opslaan en deze geleidelijk over een langere periode afgeven. Typisch, chemische condensatoren hebben meer energie en minder vermogen dan de fysieke.

De chemische condensatoren gemaakt met Meng's mangaandioxide nanostaafjes bieden het beste van twee werelden:ze bevatten meer energie, als een batterij, plus ze leveren nog meer vermogen dan een vergelijkbare op koolstof gebaseerde fysieke condensator.

Zijn team was in staat om een ​​nanobos van mangaandioxide-nanostaafjes te laten groeien met behulp van elektroforetische depositie, een techniek waarbij onder invloed van een elektrisch veld kleine deeltjes op een substraat worden afgezet. Het proces is niet bijzonder moeilijk. "We deden het in een laboratorium, maar dit is schaalbare productie, "zegt hij. "We kunnen het continu roll-to-roll uitprinten, en je kunt het substraat heel groot maken als je wilt."

Condensatoren gemaakt met nanostaafjes van mangaandioxide kunnen hybride en elektrische voertuigen helpen sneller te accelereren of kunnen worden gekoppeld aan zonnecellen. "Het proces opent ook de deur voor veel andere toepassingen, niet alleen supercondensatoren, " zegt Meng.