Koreaanse onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hebben een nieuwe methode ontwikkeld om op grote schaal verbeterde maar betaalbare materialen voor supercondensatoren te synthetiseren.

Supercondensatoren hebben steeds meer aandacht getrokken vanwege hun lange levenscyclus, zeer omkeerbaar ladingsopslagproces en specifieke vermogensdichtheid, samen met toegenomen bezorgdheid over de uitputting van natuurlijke hulpbronnen.

Grafeen is erkend als een veelbelovend actief materiaal voor supercondensatoren vanwege de uitstekende elektrische geleidbaarheid en het grote oppervlak, omdat dit de twee belangrijkste vereisten zijn voor supercondensatoren.

Onder de verschillende methoden voor de fabricage van grafeenplaten, de chemische dampafzetting (CVD) techniek wordt sterk aanbevolen vanwege de hoge geleidbaarheid van als voorbereid grafeen. Maar de schaalbaarheid is nog steeds nodig voor commercialisering. Bovendien vroegen deze beperkingen om grote belangstelling voor verdere verbetering.

Het onderzoeksteam onder leiding van Prof. Ji-Hyun Jang van UNIST, rapporteerde eerder een nieuwe benadering om CVD-gegroeide driedimensionale grafeen-nanonetwerken (3-D GN's) te synthetiseren die in massa kunnen worden geproduceerd met behoud van de uitstekende eigenschappen van 2D-grafeen en gepubliceerd in de Wetenschappelijke rapporten in mei 2013.

Hier, Prof. Jang breidde haar eerdere onderzoek uit in: Wetenschappelijke rapporten en demonstreerde een unieke route om een ​​in massa te produceren mesoporeuze grafeen nano-ball (MGB) te verkrijgen met een groot oppervlak en een grote geleidbaarheid, via precursor-geassisteerde CVD, het gebruik van metaalprecursoren als katalysator die toepasbaar is op supercondensatoren.

Prof. Ji-Hyun Jang is van de Interdisciplinaire School of Green Energy van UNIST en de collega-onderzoekers zijn onder meer Jung-Soo Lee, Sun-I Kim en Jong-Chul Yoon van de interdisciplinaire school voor groene energie van UNIST.

Vergeleken met de conventionele grafeensynthesemethoden, een nieuwe manier, voorgesteld door de onderzoeksgroep UNIST, is schaalbaar en in staat om hoogwaardig en aanpasbaar grafeen te produceren met een betere milieu-impact.

Met de resulterende materialen, mesoporeuze grafeenballen, de capaciteit van supercondensator is aanzienlijk verbeterd. Door de unieke mesoporeuze structuur, driedimensionale netwerken worden gevormd, die helpen om de geleidbaarheid te verbeteren. Verder, mesoporiën in de grafeenoppervlakken induceren nanokanalen om ionen in elektrolyt te transporteren, en verbeteren de eigenschappen van supercondensator.

De MGB heeft een specifiek oppervlak van 508 m2/g en een mesoporositeit met een gemiddelde poriediameter van 4,27 nm. De geleidbaarheid van het p-gedoteerde MGB verkregen uit meer dan 10 monsters was 6,5 S/cm. De op MGB gebaseerde supercondensator vertoont goede prestaties, inclusief een uitstekende capaciteit van 206 F/g en 96% behoud van capaciteit na 10, 000 cycli, zelfs bij een hoge stroomdichtheid.

"Ons werk is zeer zinvol omdat we erin slagen om op gramschaal gekweekt grafeen met hoge kwaliteit te fabriceren, " zei prof. Jang. "Wanneer de mesoporeuze grafeenballen worden gebruikt als elektrodemateriaal voor supercondensatoren, het bewijst een groot potentieel voor energieopslagapparaten met een hoog rendement."

Ze zei ook:"Als de eigenschappen van mesoporeus grafeen verder worden verbeterd door continu onderzoek, het ontwikkelen van een elektrisch voertuig met een hoog vermogen zal een realisatie worden, niet alleen een droom, " hun toekomstig onderzoeksplan laten zien.