De explosie van mobiele elektronische apparaten, elektrische voertuigen, drones en andere technologieën hebben de vraag naar nieuwe lichtgewicht materialen gestimuleerd die de kracht kunnen leveren om ze te bedienen. Onderzoekers van de Universiteit van Houston en de Texas A&M University hebben een structurele supercondensatorelektrode gerapporteerd die is gemaakt van gereduceerd grafeenoxide en aramide nanovezel die sterker en veelzijdiger is dan conventionele op koolstof gebaseerde elektroden.

Het UH-onderzoeksteam heeft ook aangetoond dat modellering op basis van de materiële nano-architectuur een nauwkeuriger begrip kan geven van iondiffusie en gerelateerde eigenschappen in de composietelektroden dan de traditionele modelleringsmethode, dat bekend staat als het poreuze mediamodel.

"We stellen voor dat deze modellen op basis van de nanoarchitectuur van het materiaal uitgebreider zijn, gedetailleerd, informatief en nauwkeurig vergeleken met het poreuze mediamodel, " zei Haleh Ardebili, Bill D. Cook Universitair hoofddocent Werktuigbouwkunde aan de UH en corresponderende auteur voor een paper waarin het werk wordt beschreven, gepubliceerd in ACS Nano .

Nauwkeurigere modelleringsmethoden zullen onderzoekers helpen nieuwe en effectievere materialen met nanoarchitectuur te vinden die een langere levensduur van de batterij en meer energie kunnen bieden bij een lager gewicht, ze zei.

De onderzoekers kenden het geteste materiaal - gereduceerd grafeenoxide en aramide nanovezel, of rGO/ANF—was een goede kandidaat vanwege zijn sterke elektrochemische en mechanische eigenschappen. Supercapacitor-elektroden zijn meestal gemaakt van poreuze materialen op koolstofbasis, die efficiënte elektrodeprestaties verstrekken, zei Ardebili.

Terwijl het gereduceerde grafeenoxide voornamelijk uit koolstof bestaat, de aramide nanovezel biedt een mechanische sterkte die de veelzijdigheid van de elektrode voor een verscheidenheid aan toepassingen vergroot, ook voor het leger. Het werk werd gefinancierd door het U.S. Air Force Office of Scientific Research.

Naast Ardebili, co-auteurs zijn onder meer eerste auteur Sarah Aderyani en Ali Masoudi, beide van UH; en Smit A. Shah, Micah J. Green en Jodie L. Lutkenhaus, allemaal van A&M.

Het huidige artikel weerspiegelt de interesse van de onderzoekers in het verbeteren van de modellering voor nieuwe energiematerialen. "We wilden duidelijk maken dat de conventionele modellen die er zijn, die op poreuze media gebaseerde modellen zijn, is mogelijk niet nauwkeurig genoeg voor het ontwerpen van deze nieuwe materialen met nanoarchitectuur en het onderzoeken van deze materialen voor elektroden of andere apparaten voor energieopslag, ' zei Ardebili.

Dat komt omdat het poreuze mediamodel over het algemeen uitgaat van uniforme poriegroottes in het materiaal, in plaats van de variërende afmetingen en geometrische eigenschappen van het materiaal te meten.

"Wat wij voorstellen is dat ja, het poreuze mediamodel kan handig zijn, maar het is niet noodzakelijk nauwkeurig, " zei Ardebili. "Voor ultramoderne apparaten, we hebben nauwkeurigere modellen nodig om nieuwe elektrodematerialen beter te begrijpen en te ontwerpen."