06.08.2020 - University of Technology, Sydney

Neuartiger Ansatz verbessert graphenbasierte Superkondensatoren

Deckung der wachsenden Nachfrage nach mehr Speicherkapazität

Die Nachfrage nach integrierten Energiespeichern wächst rapide, da die Menschen mehr und mehr auf tragbare und drahtlose Elektronik angewiesen sind und der weltweite Bedarf an sauberen Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie wächst.

Dies führt zu einem exponentiellen Bedarf an fortschrittlichen Energiespeichertechnologien - zuverlässige und wartungsfreie Batterien und Superkondensatoren (SC) mit hoher Leistungsdichte als Speichergeräte. Superkondensatoren sind aufgrund ihrer umweltfreundlichen und langzyklischen Eigenschaften hervorragende Kandidaten, um diesen Bedarf zu decken.

Forscher des Labors für integrierte Nanosysteme (INSys Lab) im Zentrum für saubere Energietechnologie haben an einem Weg gearbeitet, um die Leistung von Superkondensatoren zu verbessern und die Nachfrage nach erhöhter Speicherkapazität zu befriedigen.

Dr. Mojtaba Amjadipour und Professor Francesca Iacopi (School of Data and Electrical Engineering) und Dr. Dawei Su (School of Mathematical and Physical Sciences) beschreiben ihre bahnbrechenden Arbeiten in der Juli-2020-Ausgabe der Zeitschrift Batteries and Supercaps. Die Bedeutung, die den Graphit-basierten Festkörper-Superkondensatoren beigemessen wird: Enabling Redox Reaction by In Situ Electrochemical Treatment (Ermöglichung der Redoxreaktion durch elektrochemische In-situ-Behandlung) - ein als sehr wichtig bezeichnetes Papier mit vorderseitiger Abdeckung - zeigt, wie innovativ ihre Forschung bei der Entwicklung alternativer Wege zur Erweiterung der Speicherkapazität ist.

Dr. Iacopi sagte, der multidisziplinäre Ansatz innerhalb des Teams sei vorteilhaft, um herauszufinden, dass das, was sie sagt, ein einfacher Prozess ist.

"Diese Forschung hat ihren Ursprung in unserer Neugierde, die Betriebsgrenzen der Zellen zu erforschen, was uns zu unvorhergesehenen positiven Ergebnissen geführt hat. Die Beherrschung dieses Prozesses wäre nicht möglich gewesen, ohne die grundlegenden Gründe für die beobachtete Verbesserung zu verstehen und dabei die komplementäre Expertise unseres Teams zu nutzen.

Traditionell werden Superkondensatoren mit flüssigen Elektrolyten hergestellt, die nicht miniaturisiert werden können und zu Leckagen neigen können, was die Forschung nach gel- und festkörperbasierten Elektrolyten veranlasste. Die Anpassung dieser Elektrolyte in Kombination mit kohlenstoffbasierten Elektrodenmaterialien wie Graphen, Graphenoxid und Kohlenstoffnanoröhren ist für eine verbesserte Energiespeicherleistung von größter Bedeutung.

Graphen oder Graphitkohlenstoff, der direkt auf Siliziumoberflächen hergestellt wird, bietet ein bedeutendes Potenzial für On-Chip-Superkondensatoren, die in integrierte Systeme eingebettet werden können. Die Forschungsergebnisse weisen auf einen einfachen Weg hin, die Leistung von Superkondensatoren unter Verwendung von Elektrolyten auf Gelbasis, die für die Herstellung von Quasi-Festkörper-(Gel-)Superkondensatoren von entscheidender Bedeutung sind, erheblich zu verbessern.

"Dieser Ansatz bietet einen neuen Weg zur Entwicklung weiterer miniaturisierter On-Chip-Energiespeichersysteme, die mit der Siliziumelektronik kompatibel sind und den Leistungsbedarf für den Betrieb integrierter intelligenter Systeme unterstützen können", sagte Dr. Iacopi.

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