Energieopslagapparaten en computerschermen lijken misschien werelden uit elkaar, maar dat zijn ze niet.

Toen universitair hoofddocent Qi Hua Fan van de afdeling elektrotechniek en computerwetenschappen een goedkopere supercondensator wilde maken voor de opslag van hernieuwbare energie, hij ontwikkelde een nieuwe plasmatechnologie die de productie van beeldschermen zal stroomlijnen.

Voor zijn werk aan dunnefilm- en plasmatechnologieën, Fan werd uitgeroepen tot onderzoeker van het jaar voor het Jerome J. Lohr College of Engineering. Zijn onderzoek richt zich op nanogestructureerde materialen die worden gebruikt voor fotovoltaïsche, energieopslag en displays.

Elektroden maken voor supercondensatoren

Afgelopen voorjaar ontving Fan een proof-of-concept subsidie ​​van het Department of Energy via het North Central Regional Sun Grant Center om te bepalen of biochar, een bijproduct van het proces dat plantaardig materiaal omzet in biobrandstof, zou kunnen worden gebruikt in plaats van dure actieve kool om elektroden voor supercondensatoren te maken.

Sun Grant bevordert de samenwerking tussen onderzoekers van landsubsidie-instellingen, overheidsinstanties en de particuliere sector om hernieuwbare, biogebaseerde energietechnologieën. De proof-of-concept-beurzen stellen onderzoekers in staat om veelbelovend onderzoek naar het volgende niveau van productontwikkeling en commercialisering te brengen.

"De hoeveelheid lading die in een condensator is opgeslagen, hangt af van het oppervlak, " verklaarde fan, "en de biochar-nanodeeltjes kunnen een extreem groot oppervlak creëren dat dan meer lading kan bevatten."

Hij deponeert de biochar op een substraat met behulp van een elektrochemisch proces waarvoor patent is aangevraagd en dat hij heeft ontwikkeld en in licentie heeft gegeven aan Applied Nanofilms LLC, in Brookings. Toegepaste nanofilms en Wintek, een bedrijf dat platte beeldschermen maakt voor notebooks en aanraakschermen in Ann Arbor, Michigan, bijpassende fondsen verstrekt.

Door dit project, Fan ontwikkelde een snellere manier om de biochar-deeltjes te behandelen met behulp van een nieuwe technologie die plasma-activering wordt genoemd. "Behandelen betekent dat je plasma gebruikt om het materiaaloppervlak te veranderen, zoals het creëren van poriën, ' zei Fan.

De plasmabehandeling activeert de biochar in vijf minuten en bij kamertemperatuur, Ventilator uitgelegd. Conventionele chemische activering duurt enkele uren en moet bij hoge temperaturen worden uitgevoerd - ongeveer 1, 760 graden Fahrenheit.

"Dit bespaart energie en is veel efficiënter, " zei Fan. In dit project, hij heeft samengewerkt met assistent-professor Zhengrong Gu op de afdeling landbouw- en biosysteemtechniek, wiens onderzoek zich richt op materialen en apparaten voor energieopslag. Ze zijn van plan om deze veelbelovende resultaten te gebruiken om federale financiering aan te vragen.

Plasmaproces toepassen op beeldschermen

De techniek die biochar-elektroden voor supercondensatoren behandelt, kan ook worden gebruikt bij het maken van displays, verklaarde Fan, die meer dan 10 jaar geleden onderzoekswetenschapper was bij Wintek. Sinds afgelopen herfst, Fan heeft met Wintek samengewerkt aan manieren om efficiënter te produceren, beter presterende materialen, zoals silicium en koolstof dunne films, voor de displays van het bedrijf.

"Plasmaverwerking is een zeer kritische technologie in moderne opto-elektronische materialen en apparaten, " Fan uitgelegd. Het hoogenergetische plasma kan zeer transparante en geleidende dunne films afzetten, halfgeleiders van hoge kwaliteit maken, en patronen op micro- of nanoschaal, waardoor de weergavebeelden helderder en duidelijker worden.

Fan zal samenwerken met Wintek om een ​​prototype plasmasysteem te ontwikkelen. De activeringsmethode heeft het potentieel om de productie-efficiëntie te verbeteren, tijd en energie besparen, hij merkte.