Convertir óxido de grafito (GO) en supercondensadores completos resulta ser sencillo. Pero hasta que un laboratorio de la Universidad Rice descubrió cómo, era todo menos obvio.

El profesor de Rice Pulickel Ajayan y su equipo descubrieron que podían transformar una hoja de GO en un supercondensador funcional escribiendo patrones en ella con un láser. Los científicos ya sabían que el calor de un láser podía convertir GO, la forma oxidada del grafito, o mina de lápiz a base de carbono - en óxido de grafito reducido conductor de electricidad (RGO). Al escribir patrones de RGO en hojas delgadas de GO, los investigadores de Rice los convirtieron efectivamente en supercondensadores independientes con la capacidad de almacenar y liberar energía durante miles de ciclos.

El descubrimiento se informó esta semana en la edición en línea de Nanotecnología de la naturaleza .

El hallazgo sorprendente fue que GO, cuando está hidratado, puede contener iones y servir como un electrolito sólido y un separador eléctricamente aislante. "Esto es bastante fácil, ya que GO absorbe agua como una esponja y puede contener hasta el 16 por ciento de su peso, "dijo Wei Gao, autor principal del artículo y estudiante de posgrado en Ajayan Lab.

"El avance fundamental aquí es que GO, cuando contiene agua, actúa como un conductor iónico, "dijo Ajayan, Los profesores Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de Rice en Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales y de Química. "Así que podemos convertir una hoja de GO en un supercondensador sin agregar nada. Todo lo que necesita es un patrón y los electrodos, y tienes un dispositivo. Por supuesto, los dispositivos también funcionan en presencia de electrolitos externos, que es incluso mejor.

"Creo que verá muchos dispositivos diminutos que necesitan fuentes de energía más pequeñas. Los dispositivos de tamaño intermedio también pueden funcionar con este material; es muy escalable".

Como experimento de control, el equipo succionó toda el agua de un dispositivo RGO-GO-RGO en el vacío para matar su conductividad iónica. Exponerlo al aire durante tres horas restauró completamente su función de supercondensador, otra característica potencialmente útil.

Para construir un supercondensador completamente funcional, Los materiales de los electrodos conductores deben estar separados por un aislante que contenga el electrolito. Cuando los patrones escritos con láser de conducción de RGO están separados por GO, el material se convierte en un dispositivo de almacenamiento de energía, Dijo Gao. Los patrones pueden colocarse en capas superior e inferior o en el mismo plano.

En sus experimentos, El calor de un láser en la cocina de diseño de ingeniería Oshman de Rice succionó oxígeno de la superficie para crear la oscuridad, RGO poroso, que proporcionó un nivel de resistencia y restringió los iones contenidos en GO hasta su liberación controlada. Los patrones se escribieron en GO con una precisión de casi un micrón.

Esencialmente, los dispositivos mostraron un buen rendimiento electroquímico, sin los productos químicos.

Las pruebas de los dispositivos en Rice y por colegas de la Universidad de Delaware mostraron que su desempeño se compara favorablemente con los micro-supercondensadores de película delgada existentes. Presentan características de transporte de protones similares a las de Nafion, una membrana comercial de electrolitos descubierta en la década de 1960, Dijo Ajayan.

Si bien el laboratorio no fabricará supercondensadores planos a granel en el corto plazo, Ajayan dijo que la investigación abre el camino a posibilidades interesantes, incluidos los dispositivos para su uso en pilas de combustible y baterías de litio.

Dijo que el descubrimiento es sorprendente "porque mucha gente ha estado observando el óxido de grafito durante cinco o diez años, y nadie ha visto lo que vemos aquí. Hemos descubierto un mecanismo fundamental del óxido de grafito, una membrana conductora iónica, que es útil para las aplicaciones ".