L'électrode d'étain amplifie les supercondensateurs

Les dispositifs de stockage d'énergie à supercondensateur à haute capacité et à charge rapide ont été limités par la composition de leurs électrodes - les connexions responsables de la gestion du flux d'électrons pendant la charge et la distribution d'énergie. Les chercheurs ont maintenant développé un meilleur matériau pour améliorer la connectivité tout en maintenant la recyclabilité et le faible coût.

L'équipe a exploré les connexions dans un micro-supercondensateur, qu'ils utilisent dans leurs petits capteurs portables pour surveiller les signes vitaux et plus encore. L'oxyde de cobalt - un matériau abondant et peu coûteux qui a une capacité théoriquement élevée à transférer rapidement des charges d'énergie - constitue généralement les électrodes. Cependant, les matériaux qui se mélangent à l'oxyde de cobalt pour fabriquer une électrode peuvent mal réagir, ce qui entraîne une capacité énergétique bien inférieure à ce qui est théoriquement possible.

Les chercheurs ont effectué des simulations de matériaux à partir d'une bibliothèque atomique pour voir si l'ajout d'un autre matériau - également appelé dopage - pouvait amplifier les caractéristiques souhaitées de l'oxyde de cobalt en tant qu'électrode en fournissant des électrons supplémentaires tout en minimisant ou en supprimant entièrement les effets négatifs. Ils ont modélisé diverses espèces et niveaux de matériaux pour voir comment ils interagiraient avec l'oxyde de cobalt. La plupart des matériaux possibles étaient trop chers ou toxiques, c'est pourquoi l'équipe a sélectionné l'étain, qui est largement disponible à faible coût et n'est pas nocif pour l'environnement.

Dans les simulations, les chercheurs ont découvert qu'en substituant partiellement une partie du cobalt à l'étain et en liant le matériau à un film de graphène disponible dans le commerce - un matériau épais à un seul atome qui supporte les matériaux électroniques sans modifier leurs propriétés - ils pourraient fabriquer un faible coût , électrode facile à développer. Une fois les simulations terminées, l'équipe a mené des expériences pour voir si la simulation pouvait être actualisée.

Les résultats expérimentaux ont vérifié une conductivité significativement accrue de la structure de l'oxyde de cobalt après substitution partielle par l'étain. Le dispositif développé devrait avoir des applications pratiques prometteuses en tant que dispositif de stockage d'énergie de nouvelle génération.

Ensuite, l'équipe prévoit d'utiliser sa propre version de film de graphène - une mousse poreuse créée en coupant partiellement puis en cassant le matériau avec des lasers - pour fabriquer un condensateur flexible permettant une conductivité facile et rapide. Le supercondensateur est un composant clé. L'équipe est également intéressée à combiner avec d'autres mécanismes pour servir de récupérateur d'énergie et de capteur.