De vraag naar geïntegreerde apparaten voor energieopslag groeit snel naarmate mensen meer en meer afhankelijk zijn van draagbare en draadloze elektronica, en de wereldwijde behoefte aan schone energiebronnen zoals zonne- en windenergie groeit.

Dit creëert een exponentiële behoefte aan geavanceerde technologieën voor energieopslag:betrouwbare en onderhoudsvrije batterijen en supercondensatoren (SC) met een hoge vermogensdichtheid als opslagapparaat. Supercondensatoren zijn prominente kandidaten om aan deze behoefte te voldoen vanwege hun milieuvriendelijke en lange cyclusbaarheidskenmerken.

Onderzoekers van het Integrated Nano Systems Lab (INSys Lab), in het Centrum voor Schone Energietechnologie, hebben gewerkt aan een pad om de prestaties van supercondensatoren te verbeteren, en voldoen aan die vraag naar meer opslagcapaciteit.

Dr. Mojtaba Amjadipour en professor Francesca Iacopi (School of Data and Electrical Engineering) en Dr. Dawei Su (School of Mathematical and Physical Sciences) beschrijven hun baanbrekende werk in de uitgave van juli 2020 van het tijdschrift Batterijen en Supercaps . De bekendheid die wordt gegeven aan "Graphitic-Based Solid-State Supercapacitors:Redox-reactie mogelijk maken door ter plaatse Electrochemical Treatment" - aangewezen als Very Important Paper met plaatsing op de voorkant - geeft aan hoe innovatief hun onderzoek is bij het ontwikkelen van alternatieve manieren om de opslagcapaciteit uit te breiden.

Dr. Iacopi zei dat de multidisciplinaire aanpak binnen het team nuttig was om te ontdekken wat volgens haar een eenvoudig proces is.

"Dit onderzoek is ontstaan ​​uit onze nieuwsgierigheid om de werkingslimieten van de cellen te verkennen, leidt ons tot onvoorziene gunstige resultaten. De controle van dit proces zou niet mogelijk zijn geweest zonder de fundamentele redenen voor de waargenomen verbetering te begrijpen, gebruikmakend van de complementaire expertise van ons team."

traditioneel, supercondensatoren zijn vervaardigd met vloeibare elektrolyten, die niet kunnen worden geminiaturiseerd en vatbaar zijn voor lekkage, aanzetten tot onderzoek naar op gel gebaseerde en vastestofelektrolyten. Het afstemmen van deze elektrolyten in combinatie met op koolstof gebaseerde elektrodematerialen zoals grafeen, grafeen oxide, en koolstofnanobuisjes is van het allergrootste belang voor een betere energieopslagprestatie.

Grafeen of grafietkoolstof die direct op siliciumoppervlakken is gefabriceerd, biedt een aanzienlijk potentieel voor on-chip supercondensatoren die kunnen worden ingebed in geïntegreerde systemen. De onderzoeksinzichten geven een eenvoudig pad aan om de prestaties van supercondensatoren aanzienlijk te verbeteren met behulp van op gel gebaseerde elektrolyten, die de sleutel zijn tot de fabricage van quasi-vaste (gel) supercondensatoren.

"Deze aanpak biedt een nieuwe weg om verder geminiaturiseerde on-chip energieopslagsystemen te ontwikkelen, die compatibel zijn met siliciumelektronica en de stroomvraag kunnen ondersteunen om geïntegreerde slimme systemen te bedienen, ' zei Dr. Iacopi.