(Arriba a la izquierda) Las capacitancias específicas de varios materiales de electrodos. (Arriba a la derecha) Diagrama esquemático del transporte de iones en un supercondensador con y sin esponja. (Abajo a la izquierda) Gráfico de voltaje y tasas de carga / descarga para supercondensadores individuales y en tándem. (Abajo a la derecha) Se usa una celda de tres unidades para encender un LED rojo. Crédito:Moussa, et al. © 2015 IOP Publishing
Sumergiendo pequeños trozos de una esponja de cocina ordinaria en soluciones de materiales de electrodo a nanoescala, los científicos han creado un peso ligero, supercondensador de bajo costo que se beneficia de la estructura porosa de la esponja. Los poros proporcionan una gran superficie para que los materiales del electrodo se adhieran, conduciendo a un aumento en el movimiento de iones entre los electrodos y el electrolito que llena los poros. En general, el nuevo supercondensador presenta un rendimiento superior al de uno fabricado con los mismos materiales de electrodo pero sin la esponja.
Los investigadores, dirigido por Jun Ma en la Universidad de Australia del Sur, han publicado su artículo sobre los supercondensadores de esponja de cocina en un número reciente de Nanotecnología .
Aunque esta no es la primera vez que se utilizan esponjas para fabricar supercondensadores, la idea aún es nueva y no se utiliza mucho. El estudio es el primero en utilizar esponjas como sustrato para un compuesto de dos materiales de electrodos particulares:plaquetas de grafeno de 2 nm de espesor, y nanobarras hechas del polímero conductor polianilina (PANi). Cada material tiene sus propias ventajas y desventajas, pero cuando se combinan ofrecen lo mejor de ambos mundos debido a sus efectos sinérgicos. Mientras que las plaquetas de grafeno ofrecen alta densidad de potencia pero baja capacidad, las nanovarillas PANi ofrecen una capacidad mucho mayor pero adolecen de una conductividad eléctrica más baja y otros inconvenientes.
Cuando se combina, los dos materiales ayudan a "corregir" la debilidad del otro, en un sentido. Las plaquetas de grafeno constan de múltiples capas, pero normalmente no todos son accesibles al electrolito, que limita la capacitancia. Cuando se cultivan nanovarillas de PANi en la superficie de las plaquetas de grafeno, actúan como nanoespaciadores para aumentar la distancia entre las capas entre las plaquetas y aprovechar al máximo su capacidad de almacenamiento. Por otra parte, las plaquetas de grafeno altamente conductoras mejoran la conductividad de las nanovarillas abriendo las fibras PANi para proporcionar más interfaz con el electrolito.
"Este trabajo informa sobre un diseño novedoso para la fabricación de electrodos supercondensadores aprovechando la sinergia entre placas de grafeno rentables, polímeros conductores, y electrodos de esponja de cocina, dando como resultado no solo una excelente capacitancia y una potencia y densidad de energía decentes, pero alta capacidad de retención por encima de 12, 000 ciclos, "Ma dijo Phys.org .
Imágenes de microscopio electrónico de barrido de (a) una esponja pura, (b) esponja con nanoplaquetas de grafeno, y (c) esponja con nanoplaquetas de grafeno y PANi. Crédito:Moussa, et al. © 2015 IOP Publishing
Para demostrar su desempeño, los investigadores conectaron tres de los supercondensadores para alimentar un LED rojo durante cinco minutos. Esperan que este dispositivo de fácil fabricación pueda tener aplicaciones donde sea liviano, Se necesitan dispositivos de almacenamiento de energía de bajo costo.
"Los electrodos desarrollados son flexibles y tienen un alto rendimiento, por lo que tienen muchas aplicaciones potenciales, especialmente para flexible, usable, y electrónica portátil, "Dijo mamá.
© 2015 Phys.org
